2026 年 10 月 26 日
韩国能源研究院（KIER）光伏研究部门近日公布了一项突破性进展，通过开发一种新型催化工艺，有效解决了钙钛矿太阳能电池寿命缩短的难题。相关研究成果已发表于国际学术期刊《先进科学》（Advanced Science）。该技术的核心在于消除导致电池性能衰减的盐类残留，旨在推动基于钙钛矿的双结太阳能电池的商业化进程。
添加剂与离子迁移：制约寿命的关键因素
钙钛矿材料因其晶体结构与钛酸钙（CaTiO3）相似且具备优异的光吸收能力，被视为下一代太阳能电池的理想材料，常作为叠层太阳能电池顶部子电池的候选者。在双结太阳能电池中，不同子电池串联以最大化光吸收效率，其结构通常分为正规和倒置两种类型。
尽管正规架构技术成熟且效率高，但在高温高湿环境下，器件寿命往往显著下降。这一问题的根源在于钙钛矿太阳能电池中的空穴传输层。为了提高电荷传输效率，常规工艺会在空穴传输层中添加锂盐和增强溶解性的添加剂。然而，在实际运行条件下，这些添加剂极易挥发，导致电池各构成层之间形成不必要的间隙。这些间隙不仅引发层间缺陷，还会削弱电池的整体稳定性。
此外，在高温和高湿度环境中，从盐中释放的离子会不受控制地扩散至电池内部，进一步加速寿命衰减。长期以来，业界缺乏既能取消使用盐和添加剂，又能通过替代策略维持同等电荷传输效率的有效方案。
“捕获-提取”策略：无需添加剂的高效路径
针对上述局限，KIER 研究团队提出了一种创新的催化及过滤工艺。该方法仅利用盐诱导必要的化学反应，随后通过特定过程将锂离子与催化剂结合并提取出来，最终予以丢弃。
该技术的关键在于使用氧化镍（NiO x）作为催化剂。当氧化镍粉末加入空穴传输层溶液时，它能与锂离子产生强烈的相互作用，将其吸引并固定在表面。这一机制有效地实现了离子与盐的分离，从而摆脱了对常规添加剂的依赖。
研究团队还展示了一种物理过滤工艺：在必要化学反应完成后，去除并丢弃已使用的氧化镍粉末。由于氧化镍催化剂及其表面附着的离子颗粒较大，可通过过滤手段将其从溶液中分离。由此得到的溶液去除了多余的离子，可用于制造无缺陷的空穴传输层，其中不含任何添加剂、残留物或氧化催化剂，避免了这些因素对电池性能的潜在负面影响。
耐久性提升且不牺牲效率
实验数据显示，应用该技术制备的钙钛矿太阳能电池在严苛环境下表现出卓越的稳定性。在高温（85°C）和高相对湿度（85% RH）条件下连续工作 1,000 小时后，电池仍保留了初始效率的 95%。
在功率转换效率（PCE）方面，新制备的电池达到了 25.24%，略高于使用常规添加剂工艺的 25.21%。这一结果证明，在不使用添加剂的情况下，电池不仅能实现更高的耐用性，还能达到甚至超越传统方法的效率水平。PCE 是衡量太阳能电池将接收到的光能转化为电能比率的重要指标。
KIER 首席研究员 Se Jin Ahn 表示：“这项研究突破了传统钙钛矿太阳能电池制造中的固有观念，提出了一种全新的‘催化-过滤’策略，即催化剂仅用于诱导反应，随后与目标材料一同被移除。”他补充道，该技术有望解决困扰钙钛矿叠层太阳能电池寿命的长期问题，为商业化铺平道路。
据悉，该联合研究项目由 KIER 研究团队与蔚山国立科学技术研究所（UNIST）教授 Dong Suk Kim 领导的团队合作完成。
参考文献：
Yun Seop Shin 等人，《Redox-Active NiO x ‐Catalyzed Li + Capture-Extraction Strategy for tBP-Free Spiro-OMeTAD Enables Perovskite Solar Cells with Exceptional Humidity Stability》，《高级科学》(2026)。DOI: 10.1002/advs.202521825
