分子壓印退火法提升鈣鈦礦太陽能電池穩定性

　　記者1月21日從廈門大學獲悉，該校材料學院教授張金寶團隊與西安交通大學教授梁超團隊成功開發了一種分子壓印退火新方法，可精準調控鈣鈦礦缺陷的形成與演變過程，為提升鈣鈦礦太陽能電池的穩定性提供了新思路。最新研究成果近日發表于國際期刊《科學》。

　　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，是產業開發的重點方向。但制作鈣鈦礦多晶薄膜的熱退火步驟，易誘發碘空位等晶體缺陷的產生與累積，這些缺陷會加速鈣鈦礦結構降解，導致電池在光照、潮濕、高溫等環境下性能衰減，成為制約器件長期穩定的關鍵因素。

　　為解決這一核心難題，研究團隊提出一種全新的“固態分子壓印退火”方法。在加熱退火過程中，他們將一種吡啶基分子模板壓印在鈣鈦礦薄膜表面，無需添加任何額外溶劑，就能從分子層面“實時約束”鈣鈦礦的缺陷演化。其中，優化設計的2-吡啶乙胺分子和鈣鈦礦表面欠配位的鉛離子形成穩定的雙齒配位結構，在加熱退火過程中，有效穩固鉛-碘鍵的連接網絡，從源頭上阻止了碘空位缺陷的產生和擴散。

　　這種“邊結晶、邊保護”的方法，既能提高鈣鈦礦材料的結晶度，又能顯著抑制晶體缺陷的產生和移動。實驗數據表明，用該法制作的鈣鈦礦太陽能電池，性能、耐用性及穩定性表現優異。在85攝氏度、相對濕度60%的環境中，電池持續工作超過1600小時后，效率還能保持初始值的98%以上；同時，在環境中存放超過5000小時，電池性能幾乎無衰減。

　　“這項工作不僅提出了一種高效的鈍化方法，更從機制上闡釋了如何通過分子工程抑制熱誘導降解，為鈣鈦礦光伏技術的產業化推進提供了重要思路。”梁超說。