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編輯丨王多魚(yú)
排版丨水成文
鈣鈦礦太陽(yáng)能電池具有光電轉(zhuǎn)換效率高、制作工藝簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)勢(shì),已經(jīng)成為太陽(yáng)能發(fā)電領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),也是產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)方向。
然而,制作鈣鈦礦多晶薄膜過(guò)程中不可或缺的熱退火步驟,常會(huì)誘發(fā)晶體缺陷(例如碘空位)的產(chǎn)生與累積,這些缺陷作為“誘發(fā)源”會(huì)加速鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的逐步降解,進(jìn)而導(dǎo)致電池在實(shí)際工作條件下(光照、潮濕、高溫環(huán)境等)出現(xiàn)性能和穩(wěn)定性的衰減,這也成為制約鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率提升與長(zhǎng)期穩(wěn)定性的關(guān)鍵瓶頸。
2026 年 1 月 8 日,廈門(mén)大學(xué)材料學(xué)院張金寶教授、楊麗助理教授,西安交通大學(xué)梁超教授為共同通訊作者(廈門(mén)大學(xué)胡健飛、福建農(nóng)林大學(xué)蔡慶斌、西安交通大學(xué)林越辛、廈門(mén)大學(xué)肖遠(yuǎn)輝為論文共同第一作者),在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊Science上發(fā)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(jié)晶度并提升太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率(PCE),但同時(shí)會(huì)引起表面碘流失和局部晶格降解,進(jìn)而導(dǎo)致鈣鈦礦太陽(yáng)能電池出現(xiàn)性能和穩(wěn)定性的衰減,限制了其效率提升與長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
在這項(xiàng)最新研究中,研究團(tuán)隊(duì)提出一種全新的固態(tài)分子壓印退火(Molecular Press Annealing,MPA)策略,該策略在熱退火過(guò)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(shí)現(xiàn)對(duì)晶格結(jié)構(gòu)的分子尺度“原位約束”。整個(gè)過(guò)程中,碘空位在退火時(shí)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)修復(fù),并通過(guò)優(yōu)化的配體工程穩(wěn)定鉛碘骨架,從而增強(qiáng)鈣鈦礦薄膜的結(jié)構(gòu)完整性與長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
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分子壓印退火工藝流程圖與分子作用機(jī)制
基于該策略制備的 n-i-p 結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池,小面積器件(0.08 cm2)實(shí)現(xiàn)了 26.6% 的光電轉(zhuǎn)換效率(認(rèn)證效率為 26.5%),在 1 cm2 器件上則實(shí)現(xiàn)了 24.9% 的光電轉(zhuǎn)換效率,在 16 cm2 模組器件上仍能保持 23.0% 的光電轉(zhuǎn)換效率。值得注意的是,器件展現(xiàn)出了卓越的耐用性和穩(wěn)定性:在最大功率點(diǎn)連續(xù)運(yùn)行 1617 小時(shí)(ISOS-L-3 標(biāo)準(zhǔn),85°C,60% 相對(duì)濕度)和大氣環(huán)境存儲(chǔ) 5280 小時(shí)(ISOS-D-1 標(biāo)準(zhǔn),室溫,10% 相對(duì)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(wú)衰減。
論文鏈接:
https://www.science.org/doi/10.1126/science.aea8228
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