科大工學院研究團隊首創手性彈簧界面概念　增強鈣鈦礦太陽能電池的耐久性

香港科技大學（科大）工學院的一支研究團隊首創一種手性構型的界面微結構，用於鈣鈦礦太陽能電池。該創新界面概念大幅度提高了電池的可靠性和光電轉換效率，有助於加速鈣鈦礦電池的商業化進程。

鈣鈦礦太陽能電池是一種以鈣鈦礦結構化合物作為吸光材料的新型薄膜太陽能電池。這種薄膜太陽能電池生產成本低，製造工藝簡單。有別於傳統矽太陽能電池，鈣鈦礦太陽能電池無需昂貴的高溫、高真空製造工藝，可採用高通量溶液印刷工藝製成。近年來，鈣鈦礦太陽能電池的性能正急速提升。儘管如此，要實現鈣鈦礦電池的最終商業化，依然有一些技術障礙，當中以其在戶外環境場景下長期運行的耐久性問題尤為明顯。研究人員發現，鈣鈦礦太陽能電池各功能層之間的界面附著力不夠強，是導致器件耐久性技術問題的科學根源之一。

為解決這個問題，科大化學及生物工程學系周圓圓副教授及其研究團隊從天然手性材料的機械強度中獲得靈感，在鈣鈦礦太陽能電池中獨創性地構建了手性結構界面，極大地提高了器件耐久性。

研究團隊在鈣鈦礦吸光層和電子傳輸層之間嵌插了一層基於R-/S-甲基苄基銨的手性結構中間層，構建了一個堅固且具有彈性的異質界面。經封裝的太陽能電池在國際電工委員會（IEC）61215太陽能電池標準下，經過200次在-40°C和85°C之間的循環，合共1,200小時的測試後，仍保留了92%的初始轉換效率。

香港研究資助局博士後、現任科大化學及生物工程學系研究助理教授段甜偉博士說：「手性材料具有有趣的機械特性，這與它的子單元螺旋排列有關，就如同機械彈簧。」。她補充道：「在關鍵器件界面引入手性結構中間層，可以使鈣鈦礦太陽能電池在各種器件運行狀態下更具機械耐久性和動態適應性。」

周教授說道：「現在我們已經看到了鈣鈦礦太陽能電池商業化的曙光。這些電池已經展現出非常高的光電轉換效率，一旦我們最終能克服它們在現實場景服役的耐久性問題，它們將具有極高的能源市場價值。」。

這一項突破性發現在未來太陽能領域具有很大的應用前景。受惠於增強的器件耐久性和能量轉換效率，日後基於該技術的鈣鈦礦太陽能電池組件將能夠在各種天氣條件下可靠地運行，達至長時間的持續發電。

該團隊的研究以「手性結構異質界面實現高耐久性鈣鈦礦太陽能電池」為題，發表在世界頂級學術雜誌《科學》（Science）。該論文由段博士（第一作者）和周教授（通訊作者）共同撰寫，其他合作成員包括來自美國國家可再生能源實驗室、香港浸會大學和耶魯大學的研究人員。

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（原文於2024年8月9日在EurekAlert刊登。）