西安交通大学科研团队在钙钛矿电池领域联合研究再次实现重大突破

中国教育报-中国教育新闻网讯（记者 冯丽）记者日前从西安交通大学了解到，该校科研团队在钙钛矿电池领域联合研究再次实现重大突破。该校与厦门大学科研团队提出“固态分子压印退火（MPA）”策略，破解钙钛矿电池效率与稳定性瓶颈，使钙钛矿薄膜在结晶过程中实现高结晶质量与低缺陷密度的协同优化，显著提升电荷输运与收集效率。该成果以《分子压印退火实现高稳定性钙钛矿太阳能电池》为题，于1月9日在《科学》（Science）杂志在线发表。

钙钛矿光伏材料近年来在器件效率上屡创纪录，兼具高性能与低制造成本等显著优势，为下一代太阳能电池的发展提供了新的方向。然而，器件制备过程中不可或缺的热退火步骤，虽有助于促进晶体生长与结晶完善，却往往伴随表面缺陷增多和结构退化等问题，尤其是表面碘空位缺陷在热结晶过程中不可避免地产生，并作为“触发源”诱发钙钛矿结构逐步降解。该过程还伴随着晶格无序加剧、离子迁移增强以及不利的自掺杂效应，最终导致器件性能和稳定性显著衰减，成为制约钙钛矿太阳能电池效率提升与长期稳定性的关键瓶颈。

针对上述关键挑战，西安交通大学物理学院先进功能材料与器件物理团队的梁超教授联合厦门大学张金宝教授团队，提出了一种全新的固态分子压印退火（Molecular Press Annealing，MPA）策略。该方法在热退火过程中，将一层致密的吡啶基分子模板原位压印于钙钛矿表面，在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”。其中，精心设计的配体分子2-吡啶乙胺能够与表面欠配位的铅离子形成稳定的双齿配位结构，在整个退火过程中持续稳固钙钛矿铅碘骨架，有效抑制碘空位的生成与扩散，从源头阻断热诱导的结构退化。

得益于该策略，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。基于该技术制备的n-i-p结构钙钛矿太阳能电池，小面积器件（0.08 cm2）效率达到26.6%（经权威认证为26.5%），在1 cm2器件上实现了24.9%的高效率，在16 cm2模组器件上仍可保持23.0%的光电转换效率。同时，器件展现出卓越的长期稳定性：在85℃、60%相对湿度（ISOS-L-3标准）的连续工作条件下运行1,600余小时后，仍保持98%以上的初始效率；在环境存储条件（ISOS-D-1标准）下超过5,000小时，性能几乎无明显衰减。

作者：冯丽