谭海仁，南京大学现代工程与应用科学学院教授、博士生导师，国家重点研发计划首席科学家。入选国家杰青（2023）、“海外高层次人才计划”（2018）、江苏省“双创人才”与“双创团队”领军人才，先后获得中国青年五四奖章（2024、2023）和中国青年科技奖（2024）。在 Science（4）、Nature（3）、Nature Energy、Adv. Mater. 等期刊发表论文 100 余篇，被引用逾 1.9 万次，多次入选科睿唯安“全球高被引科学家”，相关成果入选“中国科学十大进展”“中国光学十大进展”“中国半导体十大进展”。他积极推动科研成果产业化，创立“仁烁光能（苏州）有限公司”牛壹佰，完成数亿元 A 轮融资，建成全球首条大面积全钙钛矿叠层电池研发线并投产 150 MW 钙钛矿光伏量产线，推动新型钙钛矿光伏技术落地。《》头版重点报道其“150 兆瓦钙钛矿光伏原创成果”项目，取得广泛社会影响。
绿色溶剂+边缘保护，让钙钛矿组件真正走向商业化
在迈向可持续能源的进程中，钙钛矿太阳能电池虽然以高效率、低成本著称，但商用化道路却被三大难题层层阻碍：其一，现有制备依赖 DMF 等高毒性溶剂，不利于大规模绿色制造；其二，大面积涂膜常伴随结晶不均、边缘缺陷，导致组件总面积效率严重掉队；其三，长期稳定性仍难以满足光伏行业严格的 IEC 认证要求。如何在低毒溶剂体系下获得均匀、高结晶质量、可大面积制造的钙钛矿薄膜，成为产业化前最关键的一道“坎”。
在此，南京大学谭海仁教授、肖科联合国防科技创新特区常超教授提出了一套完整解决方案：团队开发出由 γ-戊内酯（GVL）/2-甲基四氢呋喃（2-MeTHF）/DMSO 构成的绿色溶剂体系，并提出溶剂限制型边缘保护策略（SCEP），在常温空气环境下成功制备面积达 7200 cm² 的高质量钙钛矿组件，实现 17.2% 的稳态总面积效率（NREL 认证），同时顺利通过IEC 61215 全部可靠性测试（TÜV 认证）。研究展示了钙钛矿从“实验室明星”向“商用电池”跨越的可行路径。相关成果以“Improved solvent systems for commercially viable perovskite photovoltaic modules”为题发表在《Science》上，Yinke Wang，Ye Liu，Xin Luo为共同第一作者。
绿色溶剂体系如何让钙钛矿薄膜更致密？
文章首先用图 1展示了槽式涂布结合真空干燥（VCD）的工业化制备流程。然而传统 DMSO/GVL 体系因蒸发速率慢、协调性强，残留溶剂不易被抽离，在截面 SEM 中可见明显的底部空隙（图1B），导致薄膜与 NiOx/FTO 的界面结合不良。为解决这一问题，研究引入高挥发性、弱配位、且来源可持续的绿色溶剂 2-MeTHF，其加入显著促进 GVL 的蒸发，使得薄膜底部空洞消失，界面更加紧密（图1B）。 图1C–1D 展示了溶剂体系在中间相和蒸发行为层面的变化：2-MeTHF 的加入加速前驱体溶剂抽离，使 α 相成核更早、更均匀，并抑制 δ 相出现；而相图显示 2-MeTHF 显著降低了混合溶剂体系的沸点，进一步扩大加工窗口。FTIR 和 NMR（图1E–1F）进一步揭示：GVL 与钙钛矿中的 FA⁺ 有强相互作用，但当 2-MeTHF 加入后，这种配位作用减弱，使其在退火中更易被完全排出。图1G 则以示意图总结了机制：2-MeTHF 通过改变溶剂—前驱体配位平衡、提升整体挥发性，使薄膜结晶质量显著提升。
图1： 展示绿色 GVL/DMSO/2-MeTHF 溶剂体系如何改善钙钛矿结晶、提升薄膜致密性与界面质量牛壹佰。
边缘缺陷怎么破？SCEP 给出工业级解法
大面积涂布中最棘手的问题之一是“边缘先结晶”。图2A–2B 表明：未处理的前驱体溶液在边缘蒸发过快，导致结晶过早、产生粗糙表面；而加入表面活性剂 TAC 后，溶液表面张力下降，蒸发更均匀，边缘结晶得到抑制，从而为大面积均质薄膜奠定基础。接着，团队通过太赫兹光谱（图2C–2E）证明：采用 SCEP 的薄膜具有更高载流子迁移率（67 vs. 42 cm²V⁻¹s⁻¹）、更长扩散长度（0.54 vs. 0.48 μm），表明缺陷更少、晶粒更优。图2F–2H 展现了薄膜在中心与边缘的晶体质量和光致发光表现：控制组边缘明显退化，而 SCEP 处理后两者几乎一致，PL 强度和寿命也更高。这意味着 SCEP 不仅解决边缘问题，也提升整体光电性能。
图2： 通过 SCEP 策略解决大面积涂膜边缘缺陷，并显著提升载流子动力学与薄膜均匀性。
7200 cm² 商用组件效率如何做到 17.2%？
图3A 展示了最终制备的 120×60 cm² 大面积组件实物。图3B–3C 的 PL 与 EL mapping 清楚显示：SCEP 组件的辐射复合均匀、亮度一致，而传统组件边缘明显偏暗。 在不同面积下的效率（图3D）中可以看到：20.25 cm² → 1017.5 cm² → 7200 cm²，SCEP 组件的效率仅小幅下降，显示其优异的可扩展性；而使用相同工艺的控制组降幅更大。图3E 进一步证实了中心/边缘的 JSC 一致性，SCEP 的空间均匀性明显更佳。图3F–3G 展示了 127 块组件的统计数据与 J–V 曲线，SCEP 模块的平均效率和稳定性均显著优于对照组。最终，图3H 给出了最强证据：NREL 认证的稳态功率输出：17.2%（总面积 7200 cm²），成为迄今难得的真正商业面积钙钛矿组件认证记录。
图3： 示范 7200 cm² 大面积组件的效率、均匀性与产线可重复性，并获得 NREL 认证的 17.2% 稳态效率。
通过 IEC 61215 全项测试，真正意义上的“可商用”
长期稳定性一直是钙钛矿的“阿喀琉斯之踵”。图4A–4D 展示了 MPPT、紫外老化、热循环、湿热等全部 IEC 项目的表现： 控制组在这些测试中大幅衰减，而 SCEP 模组始终保持 >96% 的性能，甚至在 1000 小时湿热后仍维持 100% 输出。图4E 显示其温度系数仅 –0.11%/°C，优于主流硅电池。图4F–4G 展示 SCEP 组件在热点测试与 PID（±1500V）测试中的出色表现，几乎无衰减。这些数据说明：优化的溶剂体系 + SCEP 策略不仅提升效率，更从根本改善了长期稳定性，使钙钛矿组件首次满足完整工业认证。
图4： 展示组件顺利通过 IEC 61215 稳定性测试，包括 MPPT、热循环、湿热、PID 等关键项目。
总结与展望
该研究建立了一条真正可走向工厂的钙钛矿制备路线：绿色溶剂体系解决环境与健康问题；SCEP 策略解决大面积成膜不均与边缘缺陷；最终在空气环境下制备出可认证的商用级 7200 cm² 模块，效率达 17.2%，并顺利通过 IEC 61215 全项测试。未来，这一策略将推动钙钛矿从“实验室效率竞争”进入“工业化全面竞争”的新阶段，加速其在光伏电站、分布式能源等场景中的真实落地。
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