香港科技大學（科大）工程學院的一個研究小組發現了單個晶粒的表面凹面，而這些凹面是構成過氧化物薄膜的基本要素。他們揭示了這些凹面對薄膜性能和可靠性的重大影響。在這一基礎科學發現的基礎上，該團隊開創了一種新方法，通過化學消除這些晶粒表面凹面，使包晶石太陽能電池更高效、更穩定。

鈣鈦礦太陽能電池是一種新興的太陽能電池技術，在電網供電、便攜式電源和空間光伏等廣泛應用場景中，已顯示出取代現有硅太陽能電池的潛力。與商用硅電池相比，它們不僅能獲得更高的功率轉換效率（PCE），而且還具有材料成本低、可持續生產、透明度和顏色多樣性高等優勢。然而，在光、濕度和熱機械條件下，過氧化物晶體器件的長期穩定性仍然是這一前景廣闊的太陽能技術商業化的障礙。

針對這一問題，香港科技大學化學與生物工程系副教授周媛媛及其研究小組從材料微觀結構的獨特視角開展了基礎性研究。他們發現，在鈣鈦礦材料的結晶晶粒上有大量的表面凹面。研究表明，這些凹面打破了鈣鈦礦薄膜界面的結構連續性，成為限制鈣鈦礦電池效率和穩定性的隱性微結構因素。



周媛媛教授展示過氧化物太陽能電池。來源：香港科技大學

隨后，研究小組采取了一項創新措施，通過使用一種表面活性劑分子--十三氟己烷-1-磺酸鉀--來消除晶粒表面凹陷，從而在形成過氧化物薄膜的過程中操縱應變演化和離子擴散。因此，在標準化的熱循環、濕熱和最大功率點跟蹤測試中，他們的最終包晶電池在效率保持方面有了明顯改善。

"單個晶粒的結構和幾何形狀是包晶半導體和太陽能電池性能的源泉。通過揭示晶粒表面凹面，了解它們的影響，并利用化學工程來定制它們的幾何形狀，我們正在開創一種新的方法來制造效率和穩定性都達到極限的鈣鈦礦太陽能電池，"這項工作的通訊作者周教授說。

他補充說："當我們使用原子力顯微鏡研究包晶薄膜的結構細節時，我們對包晶晶粒的表面凹面非常感興趣。這些凹面通常埋藏在薄膜底部，很容易被忽視。微觀結構對于包晶體太陽能電池和其他光電器件至關重要，由于包晶體材料的有機-無機混合特性，其微觀結構可能比傳統材料更為復雜。在周教授的指導下，我們能夠開發出各種新穎的表征和數據科學方法，以深入了解包晶石的微觀結構。"

作者： 來源：cnBeta 責任編輯：jianping