连续运行半年功率几乎零衰减！浙江团队打破钙钛矿“短命”魔咒

　　过去十年，钙钛矿太阳能电池的效率提升速度令人震撼，实验室认证效率已逼近甚至追平晶硅电池。然而，真正挡在产业化门口的，不是“能不能更高效”，而是“能不能用得久”。

　　围绕这一国际前沿难题，科创中心信息与功能研究院、硅及先进半导体材料全国重点实验室杨德仁院士、余学功教授和王勇研究员团队提出并验证了一种具有原创性的“载流子纳米缓存器”新结构，为提升钙钛矿太阳能电池的长期运行稳定性提供了全新解决方案。该结构基于非晶壳-晶态核复合氮化硅纳米颗粒设计，可有效改善器件界面状态并调控运行过程中的电荷行为，从而显著延缓器件性能衰减。

　　在此基础上，研究团队联合华能集团赵东明博士，成功将该策略拓展至面积超1200平方厘米的大型钙钛矿组件，并开展了为期六个月的户外实证测试。测试结果显示，目标组件在真实运行环境下保持了高度稳定的功率输出，性能衰减几乎可以忽略，充分体现了该原创技术在工程化应用和规模化发展方面的显著优势。

　　研究的第一步，是构建一种“能存电”的界面结构。团队首先制备了约30-50 nm的核壳型氮化硅纳米颗粒——晶态α-Si₃N₄内核外面包裹着约1.5 nm的非晶外壳。电子自旋共振显示，晶态内核富含“悬挂键”缺陷，而非晶外壳的缺陷密度则低了三个数量级，这种天然分工为后续功能奠定了基础。

　　将该颗粒引入钙钛矿埋藏界面后，它以离散形式分布在电极表面。开尔文探针测试表明，界面功函数显著提高，更利于电荷抽取；电容-电压测试则证实，晶态内核能持续捕获电子，引起平带电压漂移，说明这些颗粒像“纳米缓存器”一样主动调控电荷，而非被动填充缺陷。

　　此外，团队发现这种界面优化了载流子动力学：电子束诱导电流成像显示，载流子收集信号明显增强，电荷能被快速抽离而非在界面堆积。随着运行时间增加，含氮化硅界面的电池内建电势持续提升，说明被捕获的电荷反而增强了内部电场。电容瞬态测试进一步印证：光照移除后，引入缓存器的器件电容稳定在更低水平，意味着电荷被有效移出“危险区域”，避免了长期堆积。

　　真正的考验来自长时间光照下的缺陷演化。通过热导纳谱和深能级分析，研究发现对照器件在光照老化中会生成新缺陷并从界面向体相扩散，而引入核壳氮化硅后，这一过程被显著抑制。界面形貌显示，对照器件出现大量腐蚀坑，改性器件则保持平整；发光成像也表明缺陷诱导的非辐射复合明显减弱。这说明“电荷缓存—电场增强—缺陷钝化”的协同作用，打断了原本自我加速的退化循环。

　　最终，这种设计带来了实实在在的性能提升：小面积电池在最大功率点连续运行3000小时后，仍保持95%初始效率，对照组仅剩约一半。更令人信服的是户外实证表现——面积超1200 cm²的大尺寸组件在北京屋顶连续运行6个月（跨越冬夏两季）后，输出功率几乎没有衰减，而未改性组件已下降约67%。这一结果真正填平了实验室与真实环境之间的应用鸿沟。

　　这项工作提出的是一种全新的稳定性设计逻辑：通过在界面引入“可存储电荷的功能单元”，主动管理载流子行为，从源头抑制缺陷演化。核壳氮化硅纳米缓存器将非晶钝化与晶体电荷捕获合二为一，使效率提升与长期稳定性首次实现真正协同。随着钙钛矿组件不断放大、应用场景不断走向户外，这种“电荷管理型界面”有望成为下一代高稳定钙钛矿器件的关键基础模块。

　　相关成果以“Silicon nitride nanocomposites at the buried interface for stable perovskite solar cells”为题发表在《Nature Photonics》上。

　　（本文由通讯员供图）