杭州这家科技公司，第一单位发Science!

摘要：今天，小编为大家介绍三位在光伏领域取得突破性成果的青年科学家——姚冀众、颜步一和杨旸教授。他们的故事始于2006年浙江大学光电系的同窗之谊，一段充满机遇的求学经历让他们与光伏技术结下不解之缘。

今天，小编为大家介绍三位在光伏领域取得突破性成果的青年科学家——姚冀众、颜步一和杨旸教授。他们的故事始于2006年浙江大学光电系的同窗之谊，一段充满机遇的求学经历让他们与光伏技术结下不解之缘。

本科期间，姚冀众和颜步一获得亚太环境能源合作组织的奖学金资助赴澳大利亚新南威尔士大学交流，师从"光伏之父"马丁·格林教授学习晶硅光伏技术。正是在这段经历中，姚冀众敏锐地意识到传统晶硅材料的效率瓶颈和生产成本问题，这促使他将目光转向当时还鲜为人知的钙钛矿材料。

2015年，从英国帝国理工学院获得博士学位后，姚冀众毅然回国，与老同学颜步一共同创立了杭州纤纳光电。在当时"钙钛矿怎么可能超越成熟晶硅"的普遍质疑声中，他们选择了一条充满挑战的创新之路。"我们就是喜欢做别人没做过的事情，"姚冀众这样描述他们的创业初衷。

经过几年潜心研发，在没有外部技术支持的条件下，姚冀众团队从零开始，在实验室里默默耕耘。他们的坚持换来丰硕成果：12次刷新钙钛矿组件转换效率世界纪录，并连续5年保持中国光伏协会认证的全球第一效率。今日，姚冀众和颜步一和杨旸教授最新成果登上《Science》，下面，就让小编带大家一起了解一下这个最新研究成果。

三维层流辅助钙钛矿结晶，实现平方米级太阳能组件制备

钙钛矿太阳能电池在效率和稳定性方面已取得显著进展，实验室小尺寸电池的光电转换效率（PCE）已超过26%，寿命也可达数千小时。然而，这些高效器件通常采用“旋涂+抗溶剂”工艺，虽然能实现薄膜的快速、均匀干燥，有利于晶体生长，但难以适用于大规模生产。为解决这一问题，研究人员尝试了多种替代干燥方法，如氮气风刀和真空闪蒸，但它们各有局限：氮气风刀的单向气流容易导致大面积薄膜干燥不均，而真空闪蒸虽能提供短暂的均匀气流，但干燥时间有限，难以彻底处理含高沸点溶剂的湿膜。考虑到商业化组件通常面积超过6500 cm²，迫切需要一种兼具快速干燥、均匀性和可量产性的全新干燥技术。

在此，杭州纤纳光电科技有限公司的姚翼众博士，杨旸教授（杭州纤纳光电科技有限公司首席科学家、浙江大学教授）和颜步一博士设计了一种方法，通过定制的3D打印结构，在平方米级的钙钛矿薄膜上产生稳定的三维层流空气，以辅助结晶过程。最终制备出的钙钛矿太阳能组件面积达到0.7906平方米，认证的光电转换效率为15.0%，并符合三项太阳能电池标准。作者还在一个装机容量为0.5兆瓦的钙钛矿太阳能发电站中开展了为期一年的运行研究，结果显示：每千瓦装机容量的年发电量比同场地的硅基组件高出29%。这一优势主要源于钙钛矿组件对温度变化的更优响应性能。相关成果以“3D laminar flow–assisted crystallization of perovskites for square meter–sized solar modules”为题发表在《Science》上，第一作者为颜步一博士。

湿膜形成后干燥方法的测定

本文采用了倒置结构的钙钛矿电池架构（图1D-G）。为提升器件的抗紫外和高温高湿稳定性，作者在空穴传输层中引入了有机-无机双层结构。为开发适用于大面积制备的干燥工艺，作者首先研究并可视化了旋涂过程，其主要分为四步：第一步，前驱液在离心力作用下铺展形成数十微米厚的湿膜；第二步，快速的对流气流使溶剂迅速挥发，薄膜变薄至约1微米；第三步，滴加抗溶剂使膜迅速结晶并去除残余溶剂；第四步，对膜进行退火处理，最终形成钙钛矿薄膜。

图 1.有关 PSM 和 LAD 方法的一般信息

作者通过计算流体力学（CFD）模拟，对比分析了旋涂、层流干燥（LAD）和真空闪蒸三种干燥方式的空气流动特性和干燥效果（见图2A–D、图2E–G）。结果显示，LAD在大面积基底上能保持均匀稳定的气流分布，干燥过程持续稳定，而真空闪蒸虽初始气流速度高，但迅速衰减，仅在前几秒有效。通过傅里叶红外光谱分析，作者发现LAD在去除高沸点溶剂方面更彻底，有助于减少残留溶剂对薄膜稳定性的影响。UV老化测试也表明，LAD干燥的电池组件在紫外照射下的性能保持率明显优于真空闪蒸（98.2% vs 70.7%，见图2G），并在电致发光图像中表现出更少的暗区（见图S5）。相比之下，真空闪蒸容易导致钙钛矿退化，且对溶剂和添加剂的适应性差，而LAD具备更好的工艺灵活性，适用于多种前驱液配方。

图 2.使用旋涂、LAD 和真空闪蒸的空气动力学和设备性能比较

优化 LAD 干燥模式，实现高效稳定的 PSM

在生产线上，作者将自制的层流干燥器（LAD）安装在狭缝涂布机之后，用于快速去除钙钛矿湿膜中的大部分溶剂（图1B），随后将薄膜送入加热真空烘箱中进行20分钟的均匀退火结晶（图1C）。为了优化LAD内部结构对气流方向和强度的影响，作者设计了三种不同形状的LAD（图3A–C），并通过模拟分析其气流分布（图3D–F）。结果显示：LAD 1气流在膜面形成明显“X”形弱速区，导致干燥不均（图3G）；LAD 3在膜中心形成几乎零风速区，干燥效果较差（图3I）；而LAD 2实现了循环流与直流气流的良好平衡，整体风速分布均匀，干燥效率和膜厚一致性最优（图3H）。实物验证表明，LAD 2处理后的薄膜颜色深、反光均匀，厚度一致性最佳（图3J–K），为后续真空退火和电子传输层沉积提供了理想基础。

图 3.三种不同 LAD 设计的仿真优化和实验结果

在产线上引入优化设计的LAD 2层流干燥器后，作者实现了钙钛矿组件（FA₀.₉Cs₀.₁PbI₃）的大规模稳定生产，14,527块组件在15天内输出功率波动极小（图4A–B），平均效率为14.1%，并通过了国际认证测试。项目在浙江衢州部署了523.8 kWp的钙钛矿系统，并与同场地的硅基PERC系统进行为期一年的发电量对比。结果显示，钙钛矿系统在相同条件下的发电量比硅组件高出29%（图4D），尤其在夏季高温时优势更明显。这表明LAD工艺不仅提升了生产一致性，也显著增强了钙钛矿组件在实际环境下的发电表现。

图 4.该项目使用的 STC PSM 的厂内功率输出数据、屋顶光伏系统发电量和组件性能的概述

作者将钙钛矿和硅基组件的利用性能（UP值）与不同光照强度下的温度进行了对比（图5A–I）。结果显示，在温度达到30°C及以上时，钙钛矿组件相较于硅组件展现出更高的发电能力。作者用TkP表示组件的温度系数，并进一步定义了光致稳定前（TkPunstable）和光致稳定后（TkPstable）的两种温度系数。实测显示，钙钛矿组件无论是否光致稳定，其温度系数都优于硅组件。图5中蓝色和绿色虚线分别表示基于这两种温度系数的功率预测上限和下限，而大多数实际UP值落在这两条线之间，说明钙钛矿组件在不同温度下的性能表现稳定，并优于硅组件。

图 5.使用 UP 值分析室外运行条件下 PSM 和硅的温度特性

本研究系统揭示了钙钛矿太阳能组件（PSM）在实际运行中的性能演变规律。基于气象数据的建模预测（图6A-F）显示，组件在晴天的性能预测准确，但在低温（

图 6.发电量预测和稳定性分析

小结

本文证明了LAD干燥技术能够兼顾钙钛矿组件的效率与稳定性。通过精确调控气流速度和时间，LAD结合了旋涂和真空闪蒸的优点，使组件全面积效率达到创纪录的15%，并在实地运行中维持一年稳定表现。现场数据显示，钙钛矿组件因温度系数低，在亚热带气候下实际发电量比硅组件高出29%。老化分析表明首年衰减率低于2%，结合加速UV老化测试，预计T90寿命约为9年。这些成果标志着钙钛矿单结技术正加速迈向商业化应用。