面对一杯变色的溶液，香港科技大学（广州）〔简称港科大（广州）〕的科学家们深入探索，由此揭开了钙钛矿电池制备中的隐形杀手。8月20日，港科大（广州）团队揭露钙钛矿电池的“出生缺陷”，相关研究成果以“调控湿界面氧化还原路径制备高效反式钙钛矿太阳能电池”（“Redirecting wet－interfacial redox pathways for efficient inverted perovskite solar cells”）为题发表于国际顶级学术期刊《科学》（Science）。论文通讯作者为港科大（广州）功能枢纽可持续能源与环境学域助理教授章勇；第一作者梁政曾任章勇课题组研究助理。

港科大（广州）章勇团队在国际顶级学术期刊《科学》（Science）上发表最新研究成果，在反式钙钛矿太阳电池研究方面取得重要突破。

程生斌（左一）、梁政（左二）、章勇（中）、李昱亨（右一）、鲍玉琪（右二）

一瓶“变色”溶液，揭开钙钛矿电池制备中的隐形杀手

想象一下这些场景：手机放在办公桌上，灯光就能帮它悄悄“充电回血”；写字楼的玻璃幕墙不仅能隔热防晒，还能为整栋建筑供电；电动汽车车顶贴上一层薄膜，就可以“边开边充电”，极大缓解续航焦虑。这些听上去有些科幻的场景，其实距离实现只差一个关键技术的突破——钙钛矿太阳能电池的普及。

作为第三代新型太阳能电池，钙钛矿电池理论效率高、制备成本低、应用前景广，使得“万物皆可发电”的愿景比以往任何时候都更接近现实，已是光伏领域的耀眼新星。然而，在通往产业化的路上，它却长期被一个难题阻碍——稳定性。过去，人们总盯着钙钛矿电池“老了以后”的性能衰退，却忽略了它在“出生时”就可能受伤。

港科大（广州）团队首次发现这一被整个业界忽视的“盲区”：钙钛矿电池还在制备时，界面材料与钙钛矿原料的接触就已引发了有害化学反应，留下肉眼无法发现的“先天缺陷”。团队还据此找到一剂精准的“解药”，从源头掐断反应，并优化电池导电性能。

故事，要从一个几乎所有人都不曾在意的现象说起。

2025年7月，梁政在港科大（广州）BEST Lab实验室里配制钙钛矿前驱体溶液。这是一项常规的实验，当他将钙钛矿太阳能电池的核心材料“自组装分子层”（Self－Assembled Molecules，简称SAMs）加入到原料溶液里时，一个现象引起了他的注意：原本应是透明无色或淡黄色的溶液，很快变成了更深一点的黄色，细微到像是往一杯淡茶里又加了两滴浓茶。

不同溶解温度下制备的钙钛矿DMSO溶液颜色对比图

大多数人在面对“异常”时，第一反应是“可能是操作误差”“产生了普通杂质”，然后继续下一个实验。但梁政没有跳过这个现象，并把相关发现告诉了章勇。

章勇的直觉告诉他，这一变色背后，可能藏着一个被整个领域忽视的问题。

FAI+SAM+DMSO溶液颜色随时间演变的追踪快照

为了弄清溶液变色的原因，团队决定一步步追溯实验的微观反应过程：通过液相色谱、核磁共振氢谱等多种检测手段，结合理论计算，团队最终完整还原了这条隐藏的“损伤”链：SAMs薄膜上的磷酸基团带弱酸性，释放的氢离子会激活DMSO溶剂，进而带动碘元素发生有害氧化反应，生成大量碘单质（I2）、三碘离子（I3－）及相关杂质。这些杂质混入正在凝固的钙钛矿薄膜，破坏晶体结构，留下大量肉眼看不见的微小缺陷，既拉低发电效率，又缩短电池寿命。

麻烦的一点是，当电池做得越大，液态原料干燥成型的时间越长，有害反应就越“充分”。这也解释了为什么钙钛矿电池很难从实验室里的小样品，放大到平方米级的量产面板。行业长期苦恼的“放大瓶颈”，根源之一是藏在制备过程的化学反应里。

钙钛矿电池制备

《科学》（Science）审稿人高度评价该研究，“不仅揭示了溶液加工过程中SAM－钙钛矿相互作用的机理，还填补了在界面形成认知上的关键空白”，为钙钛矿电池的性能优化指明全新的方向。“找到问题，才是一切真正的开始，这比解决问题更重要。”章勇说，“我们要做的就是想要搞清楚真正的问题。”

一剂精准的解药，从源头解决“出生缺陷”

摸清了电池从制备期就开始受损的“病因”，“药方”该如何开？

团队没有简单地用一种通用中和剂去处理，而是针对性地设计了结构匹配的酰肼添加剂技术。

这一添加剂的见效时，不仅不破坏原有体系，还能和界面协同，额外提升导电性能，具体可概括为两步：

“抓酸断源”

添加剂里的酰肼基团具有弱碱性，就像一双手，能精准抓住从薄膜上溶出的酸性物质，从源头掐断碘的氧化反应。有害杂质不再生成，钙钛矿薄膜在制备阶段就不再受到隐形伤害。

“改道增效”

被抓住的酸性物质并没有简单地“消失”，原本会生成有害杂质的反应路径，在添加剂中酰肼分子的影响下，走向一条完全不同的反应路径，与原料中的甲脒成分结合，生成稳定无害的新物质。更巧妙的是，这些新物质还能填补钙钛矿薄膜中的微小缺陷，让电荷在界面处传输更顺畅，相当于在修复损伤的同时，还额外提升了导电性能。

酰肼添加剂作用过程示意

稳定性的提升为规模化制备指明了前路：它不需要额外的生产设备，只需在现有制备流程中加入酰肼添加剂，即可直接应用于大尺寸制备，极具成本优势。

实验数据是最有说服力的语言：

小尺寸

实验室小尺寸钙钛矿电池（0.06平方厘米）的最高发电效率达到27.7%，经第三方权威认证，稳态效率为27.4%。在论文投稿时，是同类电池的世界最高纪录。

小面积器件

大面积

团队将技术送至宁德时代试制产线，在1米×2米的超大钙钛矿电池板上完成产线验证，发电效率达到20.1%，是目前同类型大面积组件公开报道的最高水平。这也是这项技术走向产业化的第一步。

大面积组件

耐用性

85℃高温环境下，保持95%以上性能持续2000小时；在85℃、85%湿度的严苛湿热环境中，稳定工作1500小时。团队的钙钛矿电池测试数据已大幅超出光伏行业“准入门槛”，印证了钙钛矿稳定性正稳步追赶晶硅。

普适性

团队设计了与4种主流SAMs分子结构相匹配的酰肼添加剂。实验证明，结构越匹配，效果越好。该方案可推广至其他同类材料体系。

“要成为科学家，先成为艺术家”

从构思到投稿，再到论文被接收，整个周期用了约一年。研究速度很快，但过程并不轻松。

最难的环节是机理推测。化学中很多结构要从结果反推，梁政和章勇一点点猜想可能的分子结构，再逐一排除。梁政回忆道：“有时候生成一个新信号，完全不知道它是什么，就要不停地画图、不停地尝试，直到它能匹配，并且符合合理的化学反应。”

“根据实验结果反推化学结构，有好几百种可能，要一一排除。”章勇提到，修稿阶段仅一个月，补充了大量控制实验和验证结果。

章勇（左）指导梁政（右）操作手套箱完成实验

速度的背后，则是团队的默契。

2022年，章勇与梁政通过合作项目相识。章勇至今记得，“这个年轻人做事非常靠谱”，并对他耐心稳重的性格连连称赞，那次合作之后，两人一直保持联系。2025年，章勇加入港科大（广州），梁政博士毕业，也来到港科大（广州）做研究助理，合作的故事有了续集。

有问题及时沟通、有想法随时讨论，两个快节奏的人做科研时刻保持着“待命”的状态。“做梦都在想研究细节，确实不夸张。”梁政含蓄地笑了笑，“带着问题入睡，第二天可能就想出新的思路。”

章勇与团队成员开组会

“要成为科学家，先要成为艺术家。”这是章勇总跟梁政提起的一句话，或许艺术家看到的，从来不是别人没看到的世界，而是别人视而不见的那些——比如一杯变了色的实验溶液。“从这杯溶液发展出的研究成果，不仅是做出了更高效、更稳定的钙钛矿电池，更在于提出了一个新的研究原则：做界面材料，不能只看导电性能好不好，还要看它和生产原料之间的‘化学兼容性’。”章勇表示，不只是钙钛矿太阳能电池的设计，只要有不同化学物质接触的地方，就有界面，就可能存在类似影响器件稳定性的反应。

未来，他计划进一步研究钙钛矿太阳能电池回收与循环利用，并探索更绿色的钙钛矿制备工艺。

文／广州日报新花城记者：林霞虹  通讯员：港科广

图由通讯员提供

广州日报新花城编辑：李津