新加坡南洋理工团队研发“选择性模板生长”新方法，用惰性材料构钙钛矿电池保护层，突破技术瓶颈。1cm²电池原型效率25.1%、稳定性优异，成果发《Nature Energy》，正校企合作推进商业化。
NTU研发钙钛矿太阳能电池新策略
近日，NTU科学家团队在钙钛矿太阳能电池技术领域取得关键突破。
提升钙钛矿太阳能电池稳定性研究团队：（左起）南洋理工大学数理科学学院高级研究员叶森云博士、材料科学与工程学院林英明教授、南大高级研究所所长兼理学院科研副院长岑子健教授、材料科学与工程学院研究员饶海霞博士。
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该团队开发出“选择性模板生长”（STG）新方法，成功利用化学惰性材料构筑高性能保护层，既显著提升电池的能量转换效率，又大幅增强其环境稳定性。
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相关研究成果已于2025年8月发表在国际顶级期刊《Nature Energy》，由NTU高级研究所所长、理学院科研副院长岑子健教授与材料科学与工程学院林英明教授共同领导完成，为钙钛矿太阳能电池迈向市场化应用奠定重要基础。
核心突破
钙钛矿太阳能电池是硅基光伏技术的重要替代方案，但其核心瓶颈在于钙钛矿材料易受氧气、湿气、热量及光照影响而降解，导致环境稳定性不足，难以大规模推广。
可处理的潜在解决方案策略，用于在 3D 钙钛矿上生长 CI LD 界面。
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此前，行业普遍采用“高活性大体积阳离子”构筑钙钛矿薄膜保护层：这类阳离子虽能快速与钙钛矿反应形成导电涂层，但高反应性使其自身稳定性差。
而“化学惰性大体积阳离子”虽兼具高稳定性与导电性，却因反应活性低、溶解性受限，长期无法整合到电池结构中。
南大团队的STG策略首次突破这一技术瓶颈——通过创新性的界面工程设计，成功将化学惰性材料应用于保护层构筑，在“高稳定性”与“良好导电性”之间实现平衡，为钙钛矿器件界面设计开辟全新路径。
岑子健教授表示：“这一策略解决了此前因反应活性和溶解性限制无法使用惰性材料的难题，是钙钛矿技术发展的重要里程碑。”
为实现惰性材料的有效整合，南大团队设计了三步式STG技术流程：
STG策略背后的潜在机制。
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1.沉积模板层：首先在钙钛矿表面沉积苯基碘化铅（PA₂PbI₄）层，该材料是行业内常用的钙钛矿保护材料，可初步提升电池基础性能；
2.覆盖反应溶液：通过旋涂工艺，将醇基PiEA²⁺溶液均匀覆盖于PA₂PbI₄模板层表面；
3.阳离子交换：利用有机阳离子交换反应，使PiEA²⁺取代PA⁺，最终在钙钛矿表面形成更稳定的（PiEA）PbI₄超薄惰性保护层。
据介绍，该技术是岑教授与林教授十余年科研合作的成果之一，其核心优势在于“全溶液加工”——无需复杂设备，且与现有工业级大面积涂层技术（如刮涂法）完全兼容，为后续规模化生产降低成本。
性能验证
基于STG策略，团队研制出1平方厘米的钙钛矿太阳能电池原型，经测试展现出优异性能：
采用选择性模板生长（STG）策略制备的1平方厘米钙钛矿太阳能电池原型（棕色矩形）。
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•转换效率领先：功率转换效率达到25.1%，跻身同类尺寸钙钛矿电池“迄今报道最高效率”行列；
•长期稳定性突出：在正常运行条件下持续1000小时后，仍保持初始效率的93%以上；在85℃高温环境中放置1100小时后，效率保留率高达98%，远超行业平均水平。
PSC的光伏性能。
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此外，STG策略具备“多功能扩展性”——除（PiEA）PbI₄界面层外，还可构建多种化学惰性界面，不仅适用于传统钙钛矿电池，还可延伸至无铅钙钛矿电池、钙钛矿发光二极管（LED）及光电探测器等领域。
林英明教授强调：“这一策略提供了可扩展的界面设计平台，将推动整个钙钛矿光电器件领域的技术升级。”
商业化进展
目前，南大研究团队已启动与企业的合作，重点推进“全尺寸钙钛矿太阳能电池板”的研发与制造，加速技术从实验室走向实际应用。
业内人士指出，此次突破不仅解决了钙钛矿太阳能电池的稳定性痛点，更通过兼容工业化生产的技术设计，降低了商业化门槛。
随着后续全尺寸产品的落地，钙钛矿光伏技术有望在分布式能源、便携式光伏设备等场景快速普及，为全球可再生能源发展提供新选择。
