1月9日，廈門大學材料學院張金寶教授團隊與西安交通大學梁超教授團隊合作，在國際頂級期刊《科學》（Science）上發(fā)表了題為“Molecular press annealing enables robust perovskite solar cells”為題的最新研究成果。這項成果開發(fā)了一種分子壓印退火（Molecular press annealing, MPA）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(wěn)定性提供了新思路。

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(yōu)勢，已經(jīng)成為太陽能發(fā)電領域的研究熱點，也是產(chǎn)業(yè)開發(fā)的重點方向。然而，制作鈣鈦礦多晶薄膜過程中的熱退火步驟，常會誘發(fā)晶體缺陷（如碘空位）的產(chǎn)生與累積，這些缺陷作為“誘發(fā)源”會加速鈣鈦礦結構降解，進而導致電池在實際工作條件下（光照、潮濕、高溫環(huán)境等）出現(xiàn)性能衰減，這也是制約器件長期穩(wěn)定性的關鍵因素。

分子壓印退火工藝流程圖與分子作用機制研究 

為了解決這個核心難題，研究團隊提出了一種全新的“固態(tài)分子壓印退火”方法（如上圖所示），在加熱階段精準、實時地控制缺陷的產(chǎn)生和變化，實現(xiàn)了在鈣鈦礦結晶的同時，同步進行晶體結構穩(wěn)定化控制。這種方法的具體操作是：在加熱退火過程中，將一種吡啶基分子模板直接壓印在鈣鈦礦薄膜表面，不需要添加任何額外溶劑，就能從分子層面“實時約束”鈣鈦礦的缺陷演化。其中，優(yōu)化設計的2-吡啶乙胺的分子和鈣鈦礦表面欠配位的鉛離子形成穩(wěn)定的雙齒配位結構，在加熱退火過程有效穩(wěn)固鉛-碘鍵的連接網(wǎng)絡，從而從源頭上阻止碘空位缺陷的產(chǎn)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(chǎn)生和移動。用這種方法制作的鈣鈦礦太陽能電池，表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能：小面積電池（0.08 cm2）的光電轉換效率最高達到26.6%（經(jīng)權威認證為26.5%），厘米級（1 cm2）的大面積電池效率接近25%，大面積模組（16 cm2）的效率也能保持在23%。更重要的是，電池展示出優(yōu)異的耐用性和穩(wěn)定性：在85℃、相對濕度60%的連續(xù)工作條件下（符合國際通用的ISOS-L-3標準），持續(xù)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(huán)境中存放（符合ISOS-D-1標準）超過5000小時，電池性能幾乎無衰減。 

廈門大學材料學院為論文的第一通訊單位，廈門大學2022級博士研究生胡健飛為本文第一作者，廈門大學材料學院張金寶教授、楊麗助理教授為本文通訊作者，西安交通大學梁超為共同通訊作者，西安交通大學博士研究生林越辛、福建農(nóng)林大學蔡慶斌副教授、廈門大學肖遠輝博士為本文共同第一作者。 

本研究得到了國家自然科學基金、深圳市自然科學基金、江西省自然科學基金、廈門大學校長基金等項目的資助。 

論文鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.aea8228 

（來源：廈門大學）