钙钛矿太阳能电池稳定性难题破局：3大关键路径解析

来源：科技日报

科技日报记者 符晓波

记者1月11日获悉，厦门大学材料学院张金宝教授团队与西安交通大学梁超教授团队，最近开发出一种创新的“分子压印退火”新方法，能够精细调控钙钛矿薄膜中缺陷的形成与演化过程，为提升太阳能电池的长期稳定性提供了新思路。这项研究成果已于日前发表在国际顶尖期刊《科学》上。

钙钛矿太阳能电池因其光电转换效率高、制备工艺简单且成本较低等优势，一直是新能源产业发展的重点方向。然而，在制备钙钛矿多晶薄膜的关键退火步骤中，极易诱发卤素空位等晶体缺陷的产生与积累。这些缺陷会加速钙钛矿结构的降解，导致电池在光照、潮湿或高温环境下性能迅速衰减，成为了制约其走向大规模应用的核心瓶颈。

为了攻克这一难题，研究团队提出了一种全新的“固态分子压印退火”方法。在热处理过程中，将一种吡啶基分子模板“压印”在钙钛矿薄膜表面，无需添加任何化学溶剂，就能在分子层面“实时约束”钙钛矿缺陷的演变。其中，经过巧妙设计的2-乙酰吡啶分子能与钙钛矿表面未配位的铅离子形成稳定的双齿配位结构。这种牢固的键合网络能在退火过程中有效稳定铅-卤键，从而从源头上阻止了卤素空位缺陷的产生与扩散。

这种“边结晶、边保护”的方法，既能提升钙钛矿材料的结晶质量，又能显著抑制晶体缺陷的生成和迁移。实验数据显示，采用此法制备的钙钛矿太阳能电池，在性能、耐用性及稳定性方面均表现出色。尤其是在85摄氏度、相对湿度60%的严苛连续工作条件下，持续运行超过1600小时后，其光电转换效率仍能维持在初始值的98%以上；同时，电池在环境中存放超过5000小时后，性能也几乎没有衰减。