钙钛矿太阳能电池稳定性难题破解

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成功开发了一种分子压印退火新方法，可精准调控钙钛矿缺陷的形成与演变过程，为提升钙钛矿太阳能电池的稳定性提供了新思路。最新研究成果9日发表在国际期刊《科学》上。

钙钛矿太阳能电池具有光电转换效率高、制作工艺简单、成本低等优势，是产业开发的重点方向。但制作钙钛矿多晶薄膜的热退火步骤，易诱发碘空位等晶体缺陷的产生与累积，这些缺陷会加速钙钛矿结构降解，导致电池在光照、潮湿、高温等环境下性能衰减，成为制约器件长期稳定的关键因素。

为了解决这一核心难题，研究团队提出一种全新的“固态分子压印退火”方法。在加热退火过程中，将一种吡啶基分子模板压印在钙钛矿薄膜表面，无需添加任何额外溶剂，就能从分子层面“实时约束”钙钛矿的缺陷演化。其中，优化设计的2-吡啶乙胺分子和钙钛矿表面欠配位的铅离子形成稳定的双齿配位结构，在加热退火过程中，有效稳固铅-碘键的连接网络，从源头上阻止了碘空位缺陷的产生和扩散。

这种“边结晶、边保护”的方法，既能提高钙钛矿材料的结晶度，又能显著抑制晶体缺陷的产生和移动。实验数据表明，用该法制作的钙钛矿太阳能电池，性能、耐用性及稳定性表现优异。其中，在85摄氏度相对湿度60%的连续工作条件下，持续工作超过1600小时后，效率还能保持初始值的98%以上；同时，在环境中存放超过5000小时，电池性能几乎无衰减。