1 工作简介

         ——激光退火可实现钙钛矿太阳组件的快速、无降解环境加工

大面积可印刷钙钛矿光伏的产业化，核心受限于退火过程中晶体生长质量与环境稳定性难以兼顾的问题。高质量三维钙钛矿晶体的形成通常依赖于长时间热退火，而这一过程不可避免地增加了材料暴露于水氧环境中的风险。过长的热处理不仅难以实现晶体的快速、有序生长，还会诱发结构退化和晶体塌陷。由此导致大面积组件性能波动增大，批次重现性和工艺放大能力受到严重制约。同时，大规模真空炉的使用推高资本成本，与高通量连续制造需求不匹配。因此，大面积加工中实现三维晶体的快速、高质量形成，是解决钙钛矿光伏模组重现性制备难题、提升长期稳定性的极端关键环节，其核心在于在最短时间内完成晶体生长，既规避水氧降解，又保证晶体结构致密、缺陷率低，这也是平衡制造效率、产品良率与器件性能的唯一路径。开发能精准实现 “三维晶体快速形成” 的高效退火技术，成为突破钙钛矿光伏产业化瓶颈的核心诉求。

基于此，南昌大学高分子及能源化学研究院陈义旺、胡笑添团队的关键突破在于发现钙钛矿热退火阶段存在123 ± 18秒的环境无降解窗口，此窗口为 “三维晶体快速形成” 的黄金时间窗口——水氧降解被有效抑制的同时，可通过高效能量输入促成晶体快速有序生长。团队提出的激光退火策略，正是瞄准这一核心需求：以20 W・cm^-2的高辐照度（较传统热方法0.06 W・cm^-2 提升两个数量级），在无降解窗口内精准输入晶体生长所需能量，快速诱导三维晶体有序形成。对于100 cm² 孔径面积模组，整个激光退火过程仅需约20秒。 性能验证显示，该技术在带隙1.57 eV（26.2% vs 24.0%）和1.67 eV（22.6% vs 20.4%）的钙钛矿器件上均实现显著突破，100 cm²刚性与柔性钙钛矿太阳模组的认证效率分别达24.0% 和20.7%，较同尺寸传统工艺提升3.0%和5.0%。

这项工作的核心价值在于：通过激光退火技术，首次在环境条件下实现了大面积加工中高质量三维晶体的快速、可控形成——这一关键突破从根源上解决了长时退火导致的降解问题，同时通过三维晶体的高一致性生长保障了模组制备的重现性，通过晶体高相干性与低缺陷密度提升了器件稳定性。该策略为钙钛矿光伏模组的高通量、可扩展制造提供了商业可行路径，其本质是通过 “三维晶体快速形成” 这一核心目标，打通了从实验室小面积器件到产业化大面积模组的关键壁垒，是钙钛矿太阳技术实现广泛部署的变革性进步。

图1. 环境条件下热退火的局限性。

相关研究成果以“Laser annealing enables rapid, degradation-free ambient processing of perovskite solar modules”发表在Science上。南昌大学为该论文的第一通讯单位，陈义旺教授、胡笑添教授和李鸿祥副研究员为论文的共同通讯作者，南昌大学博士生褚昭阳和江西师范大学博士后范宝锦为论文共同第一作者。

2 主要作者简介

共同第一作者

褚昭阳，南昌大学博士生。

研究生期间围绕环境印刷钙钛矿光伏器件开展技术研究，以第一/共同第一作者在Science、Adv. Mater.等期刊发表SCI学术论文5篇，获授权专利1项。入选中国科协青年科技人才培育工程博士生专项计划，获得第十一届中国研究生能源装备创新设计大赛二等奖等4项奖项。

共同第一作者

范宝锦，江西师范大学博士后。

主要从事印刷制备大面积钙钛矿光伏器件方向研究。以第一/共一作者在Science、Joule、Adv. Mater.、Energy Environ. Sci.、Adv. Funct. Mater.等期刊发表SCI论文13篇，主持国家自然科学基金和博士后面上基金各一项。

通讯作者

陈义旺，南昌大学和江西师范大学教授，国家杰青，德国洪堡奖学金获得者，俄罗斯自然科学院外籍院士。

以第一作者或通讯作者在Science、Nat. Synth.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等国际期刊发表学术论文400余篇；获授权发明专利49项；撰写中英文专著2部，教材2部。作为第一完成人获江西省自然科学一等奖、教育部自然科学二等奖、获日内瓦国际发明展金奖、中国发明协会发明创业奖创新奖一等奖、中国产学研合作创新奖、江西省教学成果二等奖3项。

通讯作者

胡笑添，南昌大学教授，国家优青。

荣获江西省自然科学一、二等奖、科学技术青年奖，教育部自然科学二等奖，中国材料研究学会青年科技奖、中国化学会高分子青年学者奖，中国青少年科技创新奖，江西省青年五四奖章、江西省“新时代赣鄱先锋”荣誉称号等荣誉。入选中国科协青年人才托举工程、江西省青年井冈学者、江西省“双千计划”，并担任中国青年科技工作者协会理事。目前以第一/通讯作者在Science、Nat. Synth.、Nat. Commun.、Joule、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、Energ. Environ. Sci.等国际权威期刊发表论文60余篇，H因子53，引用万余次，授权发明专利13项。

通讯作者

李鸿祥，广安理工学院（筹）专任教师，四川大学高分子科学与工程学院副研究员。

长期从事有机光电材料加工工程、光电材料器件形貌调控和同步辐射大型科学装置实验方法等相关研究。依托北京/上海同步辐射光源等大型科学装置开发多种光电材料微观结构表征方法，与国内外多个领域前沿课题组开展紧密合作。近五年在Science、Nat. Energy.、Nat. Photonics.、Nat. Mater.、Nat. Commun.、Joule、Natl. Sci. Rev.、Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.、Macromolecules等期刊发表论文100余篇，H因子31，引用3100余次。

3 原文传递

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adx9650