中國教育報-中國教育新聞網(wǎng)訊（記者 馮麗）記者日前從西安交通大學(xué)了解到，該?？蒲袌F(tuán)隊在鈣鈦礦電池領(lǐng)域聯(lián)合研究再次實現(xiàn)重大突破。該校與廈門大學(xué)科研團(tuán)隊提出“固態(tài)分子壓印退火（MPA）”策略，破解鈣鈦礦電池效率與穩(wěn)定性瓶頸，使鈣鈦礦薄膜在結(jié)晶過程中實現(xiàn)高結(jié)晶質(zhì)量與低缺陷密度的協(xié)同優(yōu)化，顯著提升電荷輸運(yùn)與收集效率。該成果以《分子壓印退火實現(xiàn)高穩(wěn)定性鈣鈦礦太陽能電池》為題，于1月9日在《科學(xué)》（Science）雜志在線發(fā)表。

鈣鈦礦光伏材料近年來在器件效率上屢創(chuàng)紀(jì)錄，兼具高性能與低制造成本等顯著優(yōu)勢，為下一代太陽能電池的發(fā)展提供了新的方向。然而，器件制備過程中不可或缺的熱退火步驟，雖有助于促進(jìn)晶體生長與結(jié)晶完善，卻往往伴隨表面缺陷增多和結(jié)構(gòu)退化等問題，尤其是表面碘空位缺陷在熱結(jié)晶過程中不可避免地產(chǎn)生，并作為“觸發(fā)源”誘發(fā)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)逐步降解。該過程還伴隨著晶格無序加劇、離子遷移增強(qiáng)以及不利的自摻雜效應(yīng)，最終導(dǎo)致器件性能和穩(wěn)定性顯著衰減，成為制約鈣鈦礦太陽能電池效率提升與長期穩(wěn)定性的關(guān)鍵瓶頸。

針對上述關(guān)鍵挑戰(zhàn)，西安交通大學(xué)物理學(xué)院先進(jìn)功能材料與器件物理團(tuán)隊的梁超教授聯(lián)合廈門大學(xué)張金寶教授團(tuán)隊，提出了一種全新的固態(tài)分子壓印退火（Molecular Press Annealing，MPA）策略。該方法在熱退火過程中，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(xiàn)對晶格結(jié)構(gòu)的分子尺度“原位約束”。其中，精心設(shè)計的配體分子2-吡啶乙胺能夠與表面欠配位的鉛離子形成穩(wěn)定的雙齒配位結(jié)構(gòu)，在整個退火過程中持續(xù)穩(wěn)固鈣鈦礦鉛碘骨架，有效抑制碘空位的生成與擴(kuò)散，從源頭阻斷熱誘導(dǎo)的結(jié)構(gòu)退化。

得益于該策略，鈣鈦礦薄膜在結(jié)晶過程中實現(xiàn)了高結(jié)晶質(zhì)量與低缺陷密度的協(xié)同優(yōu)化，顯著提升了電荷輸運(yùn)與收集效率?；谠摷夹g(shù)制備的n-i-p結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽能電池，小面積器件（0.08 cm2）效率達(dá)到26.6%（經(jīng)權(quán)威認(rèn)證為26.5%），在1 cm2器件上實現(xiàn)了24.9%的高效率，在16 cm2模組器件上仍可保持23.0%的光電轉(zhuǎn)換效率。同時，器件展現(xiàn)出卓越的長期穩(wěn)定性：在85℃、60%相對濕度（ISOS-L-3標(biāo)準(zhǔn)）的連續(xù)工作條件下運(yùn)行1,600余小時后，仍保持98%以上的初始效率；在環(huán)境存儲條件（ISOS-D-1標(biāo)準(zhǔn)）下超過5,000小時，性能幾乎無明顯衰減。