钙钛矿太阳能电池因其优异的光电转化效率和低成本制造潜力而受到广泛关注，然而在实际应用中，长期稳定性不足以及大面积模组性能衰减等问题，仍是制约其大规模产业化的关键瓶颈。与传统金属电极相比，碳电极具有成本低、稳定性高、疏水性好等优势，有助于提升器件的整体稳定性；同时，碳电极更易与印刷工艺兼容，被认为是实现全印刷钙钛矿模组的理想选择。然而，尽管前景广阔，碳基模组的光电转换效率却长期显著落后于金属电极器件，成为领域内一个亟待解决的难题。

近日，约炮 深圳研究生院约炮 杨世和教授（兼深圳湾实验室资深研究员）团队联合北京航空航天大学、北京理工大学等科研单位，提出一种可扩展的气相后处理策略，有效实现了对大面积钙钛矿薄膜的均匀钝化，显著提升了全印刷碳基模组的光电转换效率与长期稳定性。相关研究成果以“Vapour-assisted surface treatment for highly stable fully printed carbon-electrode perovskite solar modules”为题，发表于国际知名期刊Nature Photonics。

图1. 全印刷碳基钙钛矿太阳能电池模组的（A）器件结构，（B）制备流程，（C）所用FP分子结构及其电荷分布，（D）气相处理设置及相互作用机理，（E）户外展示照片

该气相后处理策略基于精心挑选的低沸点液态氟苯硫酚分子系列（2FP、3FP、4FP），通过温和热蒸发技术，实现了对大面积钙钛矿薄膜的均匀钝化处理。实验与理论计算结果表明，氟苯硫酚分子中的巯基（–SH）能够有效与钙钛矿表面未配位的 Pb²⁺ 离子结合，从而高效钝化界面缺陷。研究进一步发现，气相处理能使分子吸附达到饱和，从而在实现高效钝化的同时，避免形成过厚的绝缘层。此外，分子构型对气相处理的吸附动力学具有关键影响，其中结构对称的4FP分子与未配位Pb²⁺离子作用最强，吸附量最大。总体而言，该气相后处理策略有效降低了大面积钙钛矿薄膜的表面缺陷密度，抑制了非辐射复合，加快了电荷提取，从而显著提高了模组的光电性能。

基于该策略，研究团队成功制备出活性面积为50 cm²的全印刷碳电极钙钛矿太阳能模组，实现了20.41%的光电转换效率，并获第三方认证效率达19.26%，是目前已报道碳基钙钛矿模组中的最高效率。

在稳定性方面，未封装的模组在65°C、1个太阳光照下连续运行1020小时后，效率几乎无衰减；在85°C、85%相对湿度的苛刻湿热环境中测试2280小时后，仍能保持初始效率的84%以上，展现出优异的耐高温高湿性能。

本研究通过精巧的气相后处理策略，成功打破了碳基钙钛矿模组在低成本、可扩展制备与高性能之间难以兼顾的困局，为钙钛矿太阳能模组从实验室走向产业化应用提供了可行的技术路径。

约炮 杨世和教授（兼深圳湾实验室资深研究员）、北京航空航天大学陈海宁教授以及北京理工大学白阳副教授为本文的共同通讯作者。约炮 博士生魏晓震和张凯为共同第一作者。该研究获得了国家自然科学基金、深圳市孔雀计划、南山领航团队等项目的支持。

论文链接：//doi.org/10.1038/s41566-025-01790-2