廈門(mén)大學(xué)×西安交通大學(xué)合作發(fā)表最新Science論文

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。

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。

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