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編輯丨王多魚
排版丨水成文
鈣鈦礦太陽能電池具有光電轉換效率高、制作工藝簡單、成本低等優勢,已經成為太陽能發電領域的研究熱點,也是產業開發的重點方向。
然而,制作鈣鈦礦多晶薄膜過程中不可或缺的熱退火步驟,常會誘發晶體缺陷(例如碘空位)的產生與累積,這些缺陷作為“誘發源”會加速鈣鈦礦結構的逐步降解,進而導致電池在實際工作條件下(光照、潮濕、高溫環境等)出現性能和穩定性的衰減,這也成為制約鈣鈦礦太陽能電池效率提升與長期穩定性的關鍵瓶頸。
2026 年 1 月 8 日,廈門大學材料學院張金寶教授、楊麗助理教授,西安交通大學梁超教授為共同通訊作者(廈門大學胡健飛、福建農林大學蔡慶斌、西安交通大學林越辛、廈門大學肖遠輝為論文共同第一作者),在國際頂尖學術期刊Science上發表了題為:Molecular press annealing enables robust perovskite solar cells 的研究論文。
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熱退火處理,能夠提高鈣鈦礦薄膜的結晶度并提升太陽能電池的光電轉換效率(PCE),但同時會引起表面碘流失和局部晶格降解,進而導致鈣鈦礦太陽能電池出現性能和穩定性的衰減,限制了其效率提升與長期穩定性。
在這項最新研究中,研究團隊提出一種全新的固態分子壓印退火(Molecular Press Annealing,MPA)策略,該策略在熱退火過程中,將一層致密的吡啶基分子模板原位壓印于鈣鈦礦表面,在不引入任何溶劑的條件下,實現對晶格結構的分子尺度“原位約束”。整個過程中,碘空位在退火時實現實時修復,并通過優化的配體工程穩定鉛碘骨架,從而增強鈣鈦礦薄膜的結構完整性與長期穩定性。
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分子壓印退火工藝流程圖與分子作用機制
基于該策略制備的 n-i-p 結構鈣鈦礦太陽能電池,小面積器件(0.08 cm2)實現了 26.6% 的光電轉換效率(認證效率為 26.5%),在 1 cm2 器件上則實現了 24.9% 的光電轉換效率,在 16 cm2 模組器件上仍能保持 23.0% 的光電轉換效率。值得注意的是,器件展現出了卓越的耐用性和穩定性:在最大功率點連續運行 1617 小時(ISOS-L-3 標準,85°C,60% 相對濕度)和大氣環境存儲 5280 小時(ISOS-D-1 標準,室溫,10% 相對濕度)后,器件仍分別保持初始效率的 98.6% 和 97.2%,電池性能幾乎無衰減。
論文鏈接:
https://www.science.org/doi/10.1126/science.aea8228
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