科大工学院研究团队首创手性弹簧界面概念　增强钙钛矿太阳能电池的耐久性

香港科技大学（科大）工学院的一支研究团队首创一种手性构型的界面微结构，用于钙钛矿太阳能电池。该创新界面概念大幅度提高了电池的可靠性和光电转换效率，有助于加速钙钛矿电池的商业化进程。

钙钛矿太阳能电池是一种以钙钛矿结构化合物作为吸光材料的新型薄膜太阳能电池。这种薄膜太阳能电池生产成本低，制造工艺简单。有别于传统矽太阳能电池，钙钛矿太阳能电池无需昂贵的高温丶高真空制造工艺，可采用高通量溶液印刷工艺制成。近年来，钙钛矿太阳能电池的性能正急速提升。尽管如此，要实现钙钛矿电池的最终商业化，依然有一些技术障碍，当中以其在户外环境场景下长期运行的耐久性问题尤为明显。研究人员发现，钙钛矿太阳能电池各功能层之间的界面附着力不够强，是导致器件耐久性技术问题的科学根源之一。

为解决这个问题，科大化学及生物工程学系周圆圆副教授及其研究团队从天然手性材料的机械强度中获得灵感，在钙钛矿太阳能电池中独创性地构建了手性结构界面，极大地提高了器件耐久性。

研究团队在钙钛矿吸光层和电子传输层之间嵌插了一层基于R-/S-甲基苄基铵的手性结构中间层，构建了一个坚固且具有弹性的异质界面。经封装的太阳能电池在国际电工委员会（IEC）61215太阳能电池标准下，经过200次在-40°C和85°C之间的循环，合共1,200小时的测试后，仍保留了92%的初始转换效率。

香港研究资助局博士后丶现任科大化学及生物工程学系研究助理教授段甜伟博士说：「手性材料具有有趣的机械特性，这与它的子单元螺旋排列有关，就如同机械弹簧。」。她补充道：「在关键器件界面引入手性结构中间层，可以使钙钛矿太阳能电池在各种器件运行状态下更具机械耐久性和动态适应性。」

周教授说道：「现在我们已经看到了钙钛矿太阳能电池商业化的曙光。这些电池已经展现出非常高的光电转换效率，一旦我们最终能克服它们在现实场景服役的耐久性问题，它们将具有极高的能源市场价值。」。

这一项突破性发现在未来太阳能领域具有很大的应用前景。受惠于增强的器件耐久性和能量转换效率，日后基于该技术的钙钛矿太阳能电池组件将能够在各种天气条件下可靠地运行，达至长时间的持续发电。

该团队的研究以「手性结构异质界面实现高耐久性钙钛矿太阳能电池」为题，发表在世界顶级学术杂志《科学》（Science）。该论文由段博士（第一作者）和周教授（通讯作者）共同撰写，其他合作成员包括来自美国国家可再生能源实验室丶香港浸会大学和耶鲁大学的研究人员。

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（原文於2024年8月9日在EurekAlert刊登。）