福建农林大学等团队研究成果登上《科学》

下一代太阳能电池有望更“长寿”

近日，国际顶尖学术期刊《科学》刊发了一项成果，此成果来自中国科研团队。福建农林大学、厦门大学、西安交通大学相关研究人员共同合作，开发出了“分子压印退火”新技术。这一新技术，就好像给脆弱的太阳能电池材料“加盖”了一层稳固的“分子钢印”。它从根本上解决了一个制约其走向产业化的核心难题，即高温制备过程中的性能衰减问题。该研究让钙钛矿太阳能电池在达成高转换效率的同时，还获得了惊人的稳定性，其相关性能指标达到了国际领先水平。

产业化“拦路虎”：

材料“筋骨”易损伤

钙钛矿太阳能电池被称作下一代光伏技术的 “明星”，有着巨大潜力，不过他的量产之路却在一道关键制备工序上受阻了，这道工序就是热退火，这个过程和陶瓷烧制或者面包烘焙类似，是通过加热让薄膜材料结晶成型的过程，非常关键 。

蔡庆斌博士是论文共同第一作者之一，来自福建农林大学，他解释道，然而，传统的热退火好似一场“危险的高温考验”，另外，在加热时，材料里的碘元素易于“逃逸”，进而形成被称作“碘空位”的缺陷，与此同时，这仿佛如在材料的“筋骨”里出现了空洞以及蛀虫 。

研究团队借助系统研究，首次清晰剖析并显示出问题的根源，那就是碘空位乃是致使材料分解的关键因素。碘空位在热的作用之下会持续增多，进而引发一系列连锁反应，致使材料结构由内部开始瓦解，性能快速下降。当下存在许多补救办法皆属于事后的弥补措施，而且常用的液体钝化方式本身有可能对薄膜造成再次的损害。

“分子钢印”新策略：

从源头杜绝缺陷

针对这样一个属于源头性质的难题，团队展开研究，另寻解决途径，以创新方式提出了名为“固态分子压印退火”也就是（MPA）的策略，此策略并非那种事后进行修复的方式，而是有着在生长过程中同步实施保护的源头治理手段 。

拥有博士身份的蔡庆斌，运用一个形象的比喻去描述这项技术，他说，他们设计出了一种固态的“分子印章”，在薄膜进行加热结晶之际，如同盖章那样，把这些功能分子精确、温和地“压印”到材料的表面以及晶界之中，此过程不需要溶剂，从而避免了液体的侵蚀，更为关键的是，它能够在材料刚诞生的时候就稳稳地“锁住”碘元素，抑制“蛀虫”（碘空位）的产生以及扩散，这就如同给脆弱的晶体骨架穿上了定制的“保护甲” 。

不仅这种方法效果好，而且成本显著降低。研究表明，“分子印章”能够重复使用数十次，相较于传统的溶液处理方法，能大大降低成本，展现出优异的应用经济性。

产业化前景广阔：

实现“高效率+长寿命”

研究团队制备了钙钛矿太阳能电池，这个电池取得了性能的飞跃，还取得了稳定性的飞跃，这得益于一个具有革命性的策略。

在效率这块儿，不管是那面积仅为0.08平方厘米的小小电池，还是放大至16平方厘米后的微型组件，均达成了立于国际前沿位置的功率转换效率，其最高能抵达26.6% 。在更为重要的稳定性测试里，成果也是相当夺目：于模拟那种高温高湿（85°C度、60%相对湿度）的极为严苛环境中持续运行1600多个小时，性能保持率高达98.6% ；在干燥环境里放置超过5000小时时间，性能依旧维持在97%以上。这些数据表明电池的“长寿”难题有了实质性的突破 。

团队表示，这项研究，不仅深化了我们对待钙钛矿材料“老化”机理的理解，更提供了一条全新的、极具潜力的产业化技术路径，该技术实现了在结晶过程中的原位同步调控与保护，为制备高效、稳定、低成本的钙钛矿光伏产品奠定了坚实基础，展现出广阔的商业化应用前景。

作为本研究共同第一作者完成的分别是厦门大学博士研究生胡健飞，福建农林大学蔡庆斌博士，西安交通大学博士研究生林越辛，及厦门大学肖远辉博士。而通讯作者则为厦门大学张金宝教授，杨丽助理教授，以及西安交通大学梁超。

经过了解得知，蔡庆斌博士属于福建省高层次引进人才范畴之内，并且已经于《科学》以及《自然·光子学》等国际顶尖期刊上面刊发了多篇具有关键意义的论文 。（记者 梁凯鸿）。