連續工作1100小時不“掉鏈子”，科學家攻克鈣鈦礦電池穩定性難題

IT之家 1 月 12 日消息，新型鈣鈦礦太陽能電池不僅功率強勁，而且足夠堅固，能夠承受太陽持續的高溫。英國曼徹斯特大學的托馬斯?安托普洛斯教授帶領研究團隊成功實現了鈣鈦礦太陽能電池的穩定化，這項成果有望推動這一低成本技術進軍全球大眾市場。

研究團隊研發出了一種新型“分子膠”，能使鈣鈦礦表面變得光滑，并消除此前導致能量損失和材料降解的微小缺陷。值得關注的是，這款具有顛覆性意義的鈣鈦礦太陽能電池，在測試中實現了 25.4% 的光電轉換效率。

據IT之家了解，數十年來，硅基材料一直主導著太陽能電池市場。硅基電池性能可靠，但存在重量大、質地堅硬、制造成本高昂的短板。

鈣鈦礦材料曾被視為極具潛力的替代方案：它輕薄柔韌，且理論制造成本遠低于硅基材料。然而，早期鈣鈦礦電池的致命缺陷是極易老化，往往短短數天內性能便會急劇衰減。

這種快速老化問題，成為阻礙鈣鈦礦太陽能技術走向大眾市場的最后一道障礙。

此外，鈣鈦礦材料的微觀缺陷還會引發電氣問題，造成難以用傳統檢測手段追蹤的能量泄漏。

安托普洛斯教授指出：“當前最先進的鈣鈦礦材料在光照或高溫環境下穩定性不足，這會導致電池加速老化。”這些隱藏的缺陷不僅阻礙電流傳輸，還會導致材料過早分解，使這項技術遲遲無法投入實際應用。

為此，研究團隊引入小分子脒基配體對電池結構進行優化。這類特殊分子扮演“分子膠”的角色，在鈣鈦礦表面形成一層保護膜。通過化學鍵的作用，該分子引導鈣鈦礦材料形成高度穩定的低維結構層，這層結構如同“防護盾”，覆蓋在傳統三維鈣鈦礦材料表面。

這種涂層不僅能消除微觀缺陷、撫平材料表面，保障能量高效傳輸，還能防止電池在高溫環境下分解。測試數據顯示，經穩定化處理的鈣鈦礦電池光電轉換效率達 25.4%。

除了優異的發電性能，其耐用性也十分突出：在連續工作 1100 小時后，電池仍能保持 95% 以上的性能。

尤為值得一提的是，該電池在 85℃ 的高溫環境下依舊能穩定運行，這樣的極端溫度足以讓傳統鈣鈦礦電池徹底失效。

安托普洛斯教授補充道：“鈣鈦礦太陽能電池一直被視為硅基電池的廉價、輕薄、柔性替代品，但長期穩定性問題始終制約其發展。我們研發的脒基配體，以及由此獲得的新研究成果，能夠實現高質量、穩定鈣鈦礦層的可控生長。這一突破有望攻克鈣鈦礦太陽能技術的最后一個重大障礙，為其大規模商業化應用奠定基礎。”

此外，這項技術還拓展了可再生能源的應用場景 —— 鈣鈦礦電池可被印刷在柔性表面，例如曲面玻璃、輕量化露營裝備，甚至是紡織面料上。

近年來，全球鈣鈦礦技術的商業化進程不斷提速。例如，中國研究團隊在 2025 年 12 月新研發出一種三維電成像技術，能夠直接觀測鈣鈦礦薄膜內部的載流子遷移過程，生成高分辨率的內部電學行為圖譜。這項成像技術有助于科研人員精準定位并消除材料內部的隱藏缺陷，進一步提升電池性能。

該研究成果已于 1 月 8 日發表在《科學》期刊上。