西安交大联合厦大提出固态分子压印退火新策略 助力钙钛矿电池稳定性与效率双提升

钙钛矿太阳能电池因其光电转换效率高、制造工艺简洁、生产成本低廉等特点,在新能源领域备受关注,被视为下一代光伏技术的重要方向。

然而,这一前景广阔的技术路线长期面临一个制约其商业化应用的关键难题。

在钙钛矿电池的制备过程中,热退火是必不可少的工艺环节。

这一步骤虽然能够促进晶体有序生长,但同时也会引发表面缺陷增加和晶体结构退化等负面效应。

特别是在高温条件下,碘空位的生成与扩散问题日益凸显,导致器件性能持续衰减,成为制约钙钛矿电池实现大规模应用的主要瓶颈。

为突破这一技术难关,西安交通大学物理学院梁超教授团队与厦门大学材料学院张金宝教授团队联合攻关,创新性地提出了固态分子压印退热策略。

该方案的核心创意在于,在热退火过程中,将一层致密的吡啶基分子模板原位压印于钙钛矿薄膜表面,在完全不引入任何溶剂的条件下,实现对晶格结构的分子尺度"原位约束"。

这种约束机制能够持续有效地抑制碘空位的生成与扩散过程,从源头上阻断热诱导的结构退化,从而保护晶体的完整性。

该创新策略带来的效果显著。

通过该技术手段,钙钛矿薄膜在结晶过程中实现了高结晶质量与低缺陷密度的协同优化,显著提升了电荷输运与收集效率。

基于这一技术制备的钙钛矿太阳能电池性能指标达到国际先进水平:小面积器件(0.08平方厘米)的光电转换效率达到26.6%,在1平方厘米器件上实现了24.9%的效率,在16平方厘米大面积模组器件上仍可保持23.0%的转换效率。

这表明该技术具有良好的可扩展性,为后续的产业化应用奠定了基础。

更为重要的是,采用该技术制备的电池器件展现出卓越的长期稳定性能。

在模拟实际工作环境的严苛条件下,即85℃高温、60%相对湿度的环境中连续运行1600小时后,器件仍保持98%以上的初始效率,性能衰减极为缓慢。

在常温常湿的环保存储条件下,电池性能在超过5000小时的测试周期内无明显衰减。

这些数据充分证明了该技术在提升器件稳定性方面的显著优势。

该研究成果已于1月9日在国际顶级学术期刊《科学》杂志在线发表,获得了国际学术界的高度认可。

这一突破性进展为钙钛矿太阳能电池的商业化应用扫清了重大障碍,有望加速这一新型光伏技术从实验室走向产业化的进程。

在全球碳中和竞赛加速的今天,这项源自中国实验室的原创技术,既展现了我国在新能源材料领域的创新实力,也为全球清洁能源转型提供了新的技术选项。

随着后续产学研协同攻关的深入推进,这项兼具高效性与稳定性的技术方案,或将重塑未来光伏产业格局,为构建新型能源体系注入强劲动能。