恼人的回南天，正使大湾区大学团队“炼”出一把碳中和的密钥

来源：南方+

回南天的时候，墙壁“流泪”，地板“冒汗”，衣服晾三天比刚洗完还湿。

在广东待过的人都懂这种绝望。

而在光伏界，有一种材料比广东人还怕回南天——钙钛矿太阳能电池。它遇水即坏、见光易衰，科研界给它起了个外号——“玻璃心光伏材料”。

既然它这么怕潮，为什么还非要在广东研究它？

因为能源转型等不了。钙钛矿要真正落地，就得先过广东这一关——这里高温、高湿、多雨、强紫外线，是全国最严苛的光伏服役环境之一，也是它必须攻克的“终极考场”。

全球能源正在经历一场根本性的转向：能源消费从粗放低效走向节约高效，能源生产从黑色高碳走向绿色低碳。我国低碳能源在一次能源中的占比，要从2020年的25%提升到2030年的55%—60%。业内预计，2027年光伏有望成为全球第一大能源。

全球光伏增长趋势

换句话说，未来谁能在光伏技术上取得突破，谁就握住了碳中和的密钥。

而在这场技术竞赛中，钙钛矿就是最受瞩目的“种子选手”：吸光能力是晶硅的十几倍，制备简单、成本极低，可柔性、可透明、可彩色。从2009年第一次实现3.8%的光电转换效率，到如今单结钙钛矿实验室效率突破27%、钙钛矿/晶硅叠层突破33.9%，它只用了十几年，就走完了晶硅五十年的路。

钙钛矿太阳能电池转换效率进步飞速

但它的致命伤，恰恰是湿热稳定性。也正因如此，广东成了钙钛矿落地必须攻克的“终极考场”。

面对这个“终极考场”，大湾区大学物质科学学院于华教授带领团队选择正面迎战。

于华教授

第一招：给电池“修地基”

钙钛矿电池里有一层叫SnO₂的电子传输层，相当于盖房子的地基。但这层地基容易“起砂”——纳米颗粒团聚、表面缺陷多，上面长的钙钛矿晶体自然歪歪扭扭。

钙钛矿电池演化路径

为此，团队开发了一种“多位点偶极阳离子”改性剂。可以把它想象成一种分子级的双面胶：一头抓住SnO₂颗粒，不让它们抱团；另一头连接钙钛矿层，把界面上的“坑坑洼洼”填平。同时，它还能在两层之间形成一层取向偶极，像给电子修了一条专用高速路。

结果呢？在完全空气环境下制备的n-i-p钙钛矿电池，实现了26.20%的冠军效率。无封装器件在最大功率点连续跑了1000小时，还能保持九成以上效率，在高温、高湿老化条件下同样表现出优异耐受性。

第二招：给电池穿“纳米防护服”

钙钛矿怕水，那就让它表面长出一层防水层。

团队用了一种叫4-氟苯乙基碘化铵（FPEAI）的双功能试剂，在钙钛矿结晶过程中，诱导晶体沿特定方向生长，同时在晶界和薄膜表面原位生成一层RP型二维钙钛矿，构建2D-3D异质结结构。这层二维相就像给三维钙钛矿穿了一件纳米级的“冲锋衣”：既能钝化缺陷，又能挡住水汽入侵，还能优化能级匹配。

穿上这件“防护服”后，宽禁带器件获得19.07%效率，开路电压达到1.30V，器件迟滞效应显著降低。更关键的是，无封装器件在相对湿度30%的空气里老化1000小时，还能保留85%初始效率。1平方厘米的大面积器件也做到了15.01%，说明这套方法不是只能在指甲盖大小的样品上“秀肌肉”，而是具备工艺放大潜力。

第三招：用中子“拍CT”

钙钛矿薄膜从溶液到结晶，是一个毫秒到秒级的动态过程。常规离线SEM（看形貌）、XRD（测结构）两种表征技术只能看到样品最终的静态信息，中间发生了什么，基本靠猜。

于华团队的做法是：充分发挥大湾区大学与中国散裂中子源合作共建谱仪的优势，利用中子粉末衍射、小角中子散射等谱仪开展原位动态表征。

中子能具有很强的穿透性，对轻元素敏感，特别适合追踪钙钛矿里的氢等离子迁移、界面应力演变、二维相生成动力学。团队实时追踪了薄膜从溶胶、退火结晶到光照老化的全流程，把宏观器件性能衰减和微观结构演变直接对应起来。

这意味着什么？

以前研发靠“试错”——这个配方不行换下一个。现在有了原位表征，改性分子怎么选、退火参数怎么调，有了直接实验证据，研发周期大幅缩短。

第四招：让AI帮忙“管产线”，让光伏自己“管能源”

实验室效率再高，放大到平方米级就崩——薄膜厚薄不均、针孔缺陷多、批次一致性差，这是钙钛矿产业化的最大拦路虎。

于华团队将实验室分子改性策略和工业产线智能化控制相结合，形成了一套国内较早面向中试产线的钙钛矿太阳能电池智能化生产工艺专利。简单来说，让AI当产线质检员，每一片薄膜都被盯着长大。

但造出来的电池，最终得用起来才算数。

团队把目光从“器件”延伸到“系统”，开展光伏储能一体化技术研发，取得发明专利“一种用于节能家居的光伏储能一体化装置”。这套装置把光伏发电单元、储能模块、智能管控单元集成在一起，让钙钛矿薄膜器件不再只是实验室里的一块样品，而是能和分布式小型光储系统“组队”的硬件模块。

想象一下：一栋建筑的外墙是钙钛矿光伏组件，白天发电直接供楼内使用，多余的电存进储能模块，晚上再放出来。智能管控单元负责调度——什么时候充电、什么时候放电、什么时候省着用，全自动完成。

光伏产品未来应用场景示例

这套思路，正是BIPV建筑光伏一体化、工商业分布式光储、便携能源装备所需要的底层硬件逻辑。从产线上的每一片薄膜，到建筑里的每一度电，这条链条正在被打通。

表面上，于华团队解决的是钙钛矿“怕潮”这个具体问题。但往大了说，它指向一个更大的命题：能源技术革命，到底怎么落地？

答案藏在四个方向里——智能化、电气化、低碳化、高效化。用AI管产线，是智能化；让建筑自己发电、光储走进家居，是电气化；低温溶液制备、能耗远低于晶硅，是低碳化；叠层电池刷新效率上限，是高效化。

钙钛矿原料成本低、制备能耗低，每度电碳足迹只有煤电的零头。当叠层组件效率超过27%，当柔性钙钛矿能贴在车顶、无人机翼、可穿戴设备上，光伏就不再只是“电站”的事，而是万物皆可发电。

于华团队愿景里有一句话：“阳光普照下的万物，皆由阳光供电。”这句话听起来浪漫，背后却是实打实的技术攻关——材料要稳定、界面要牢固、工艺要可放大、系统要智能调度。每一环都算不上浪漫，但每一环都通向那个浪漫的终点。

广东天气不友好，但正因如此，更值得认真研究。能在这里用起来的光伏材料，在哪里都能用。而让每一栋建筑、每一片屋顶、每一扇窗户都变成清洁能源的生产者，才是碳中和真正的答案。

撰文：李芊 陈启亮

受访者供图