钙钛矿太阳能电池因其光电转换效率高、制备成本低，且具有制备成柔性器件的应用潜力，被视为下一代光伏技术的重要发展方向。

然而多组分铅卤钙钛矿材料具有软晶格特性与较低缺陷形成能，在结晶生长和器件加工过程中容易产生大量缺陷，这些缺陷会诱导非辐射复合和离子迁移，加速器件性能衰减，成为了限制钙钛矿太阳能电池长期稳定运行和规模化应用的瓶颈。

近日，北京大学材料科学与工程学院周欢萍团队提出一种基于等离子体表面工程的界面调控新策略，在钙钛矿薄膜表面构筑均匀、致密且强键合的氟化异质结构，实现了效率与稳定性的协同突破。这一成果于2026年7月30日发表于《科学》（Science）期刊。

周欢萍团队研究成果发布在Science期刊网站

周欢萍

01

给钙钛矿表面先“抛光”再“镀膜”

研究团队发展了一种基于氩气/四氟化碳（Ar/CF4）混合等离子体的表面处理技术，分两步完成界面重构工作。

首先是“抛光”，Ar等离子体通过物理刻蚀作用，去除钙钛矿表面的缺陷富集层。其次是“镀膜”，CF4等离子体产生的活性氟物种与表面未配位铅离子发生原位反应，形成稳定的Pb-F配位结构，在钙钛矿表面构筑了一层厚度约4至7纳米、连续均匀且具有强键合的含氟钝化层。

等离子体表面工程示意图

经过透射电子显微镜、能谱分析以及二次离子质谱深度剖析等测试，确定这一方法在构筑致密钝化层的同时，保持了钙钛矿体相晶体结构的完整性。

02

效率与稳定性的双重突破

等离子体诱导形成的Pb-F键能够有效降低界面缺陷密度，抑制载流子非辐射复合。经过处理后，钙钛矿/C60电子传输层界面的缺陷密度降低了约一个数量级，由6.63×10¹⁶ cm⁻³降低至5.01×10¹⁵ cm⁻³。

在器件性能上，采用该等离子体表面处理技术制备的小面积钙钛矿太阳能电池实现了27.2%的冠军光电转换效率，基于该技术制备的100 cm²钙钛矿太阳能模组（孔径面积65.05 cm²）实现了24.0%的光电转换效率（认证效率23.5%）。

其稳定性更令人瞩目，通过器件结构设计和电极优化，小面积器件在85°C、1个太阳光照射条件下进行最大功率点跟踪测试2,000小时后，仍保有初始效率的98.1%。100 cm²封装稳定模组（孔径面积65.05 cm²）在65 °C、1个太阳光照射下的最大功率点跟踪测试1,600小时后，保持器件初始效率的99.3%。此外，器件还通过了紫外老化（117.6 kWh·m⁻²）、热老化（85°C，3,192小时）、反向偏压（−14.3 V）以及昼夜循环光暗老化（3000h）等多项严苛测试。

值得一提的是，该策略还首次成功解决了传统溶液法无法覆盖的激光划线热影响区钝化难题，等离子体技术凭借其工艺可控、可大规模制备的优势，可有效修复相关缺陷，为未来大面积组件规模化制备扫清了关键障碍。

03

十年磨一剑：周欢萍团队的“钙钛矿长征”

这一最新成果，是周欢萍团队在钙钛矿太阳能电池领域长期深耕的又一重要突破。

早在2019年，团队与化学与分子工程学院严纯华、孙聆东团队合作，在《科学》上提出在钙钛矿活性层中引入具有氧化还原活性的Eu3+/Eu2+离子对，实现了器件全寿命周期内本征缺陷的消除，该成果入选“2019年度中国科学十大进展”。

2021年，团队与北京理工大学陈棋团队合作，在《科学》上提出了液相介质退火工艺，通过将钙钛矿湿膜浸没于特定温度的液相介质中进行退火，实现薄膜的全方位均匀加热，同时抑制水氧干扰和高温热分解，显著降低器件制备对环境湿度的依赖。

2023年，团队在《自然》（Nature）上提出基于阴离子-π相互作用调控钙钛矿薄膜生长的新途径。

2025年，团队7天内两次在《科学》（Science）上发表论文，分别报道了通过碘嵌入的方法实现本征稳定的非合金钙钛矿，以及通过构筑MoS2/钙钛矿/MoS2的异质界面攻克钙钛矿器件效率和稳定性难以兼容的瓶颈。

2026年6月，团队在《自然》上发表了原位纳米晶限域策略用于高效蓝光钙钛矿发光二极管的研究，通过限域效应提升蓝光器件的效率和稳定性。

本次发表于《科学》的等离子体表面工程研究，突破了传统气相、液相及固相钝化方法在可控性、大面积均匀性和组件热影响区修复等方面的局限，为钙钛矿光伏组件的产业化制备提供了重要技术参考。

北京大学周欢萍教授为论文唯一通讯作者，北京大学博雅博士后范润东、北京大学2023级博士生马越、北京大学2023级博士生徐硕阳为论文共同第一作者，合作者包括江南大学刘桂林副教授、北京大学占肖卫教授、北京大学赵晓续研究员、北京理工大学陈棋教授等。该研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国载人航天工程、北京市自然科学基金等项目支持。实验设备与表征得到北京大学分子材料与纳米加工实验室（MMNL）、北京大学材料加工与测试中心、北京大学分析测试中心等平台的支持。

来源 | 北京大学融媒体中心、北京大学材料科学与工程学院

编辑 | 马诗尧

排版 | 岳羽辰

责编 |雪城

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