钙钛矿太阳电池是未来最具潜力的光伏技术之一，在地面电站、光伏建筑一体化以及空间能源供给等方面应用前景广阔。高效率大面积器件是钙钛矿太阳电池走向商业化的重要一环。目前实验室小面积电池光电转换效率已超过27%，但器件面积放大存在效率骤降的问题，其主要挑战在于器件面积制备中为提高钙钛矿薄膜均匀性，往往采用低浓度溶液降低溶液粘度，这一方法存在结晶窗口缩短、局部结晶过快问题，导致薄膜晶体质量较差以及模组效率较低。因此，如何实现“大面积均匀涂布”与“高质量结晶”兼得是制备高效率大面积模组的关键。

近日，中国科学院半导体研究所游经碧研究员研究团队提出了一种“稳定中间相调控”策略，通过创新性地引入一种双官能团添加剂，成功制备出结晶质量高、均匀性优异的大面积钙钛矿薄膜，将大面积电池模组的效率损失从面积每增加一个数量级效率衰减2.0%降低至1.3%，接近商业化碲化镉薄膜太阳电池0.8%的行业标杆水平。

该策略的核心创新在于研究团队发现N-巴豆酰基甘氨酸分子同时含有酰胺基和羧基，能与碘化铅形成强配位作用。在低浓度前驱体成膜过程中，添加剂分子如同一个“溶质缓冲储库”，有效稳定了通常不稳定的δ-FAPbI₃中间相，并将其向光活性α-FAPbI₃相的转变能垒从0.21电子伏特显著提升至0.84电子伏特，延缓了钙钛矿材料的成核和生长过程。

基于这一策略，研究团队制备出不同尺寸的钙钛矿太阳模组，器件性能达到国际领先水平：14.6平方厘米模组稳态认证效率达24.4%，为当前已报道的10平方厘米及以上电池模组的最高认证效率纪录，70.5平方厘米模组效率为23.1%，285.6平方厘米模组效率达到22.4%。在1个标准太阳光下，有效面积155平方厘米的模组，经过1053小时的最大功率点老化后，仍保持初始效率的86%。

该项工作创新性提出了一种大面积钙钛矿材料生长调控方案，为钙钛矿光伏技术从实验室走向规模化制造提供了重要思路。

该研究成果以“Stable intermediate phase regulation for high-performance and scalable perovskite solar cells”为题，发表于《半导体学报》（Journal of Semiconductors）。半导体所博士生蔡凯为第一作者，半导体所博士后周海涛和游经碧研究员为共同通讯作者。

该工作得到了国家重点研发计划、中国科学院先导项目、中国科学院稳定支持基础研究团队以及厦门丰熤光电科技有限公司等资助。

论文链接：

https://www.jos.ac.cn/en/article/doi/10.1088/1674-4926/26040046

图1. (a)-（c） 孔径面积为14.6平方厘米的模组器件在1个标准太阳光下电流-电压曲线，其中图（a）给出了参考器件和目标器件的电流-电压曲线，所有器件均给出了正向-反向扫描曲线；（d）14.6平方厘米的参考和目标器件最大功率点输出稳定性；（e）155平方厘米的参考和目标器件最大功率点输出稳定性。