科大兩項研究突破鈣鈦礦太陽能電池瓶頸 相關研究登《Joule》及《自然—通訊》

香港文匯報訊（記者 史柳藝）香港科技大學研究人員近日參與兩項研究，發現透過精準設計的分子界面層，可顯著提升新一代鈣鈦礦疊層太陽能電池的效能及耐用性。其中，全鈣鈦礦疊層電池錄得29.1%的光電轉換效率，為同類不含PEDOT:PSS架構中最高；另一款全無機四端子疊層電池則取得21.54%的認證效率，同樣刷新該類別紀錄。兩項成果分別刊登於頂尖期刊《Joule》（影響因子37.1）及《自然—通訊》，共同揭示分子界面並非被動連接層，而是可主動引導結晶、減少能量損失、促進電荷傳輸並保護器件的關鍵設計平台。

刊登於《Joule》的研究聚焦兩端子單片式全鈣鈦礦疊層電池。此類電池疊加兩種互補能隙的鈣鈦礦層，有望突破傳統單結電池效率上限，但窄帶隙錫—鉛子電池的埋藏界面長期受制於常用空穴傳輸材料PEDOT:PSS——該聚合物易吸濕且誘導結晶不穩，導致相分離與效能衰減。

科大團隊以含吩噻嗪官能團的自組裝單分子層（4PAPT）取代PEDOT:PSS，透過原位表徵發現新界面能促進直接相轉變、改善晶體取向並減少非輻射復合。此策略使窄帶隙單結電池效率提升至23.2%，進一步應用於疊層器件時，結合混合自組裝單分子層互連界面，最終實現29.1%的報導效率，且封裝器件在攝氏40度、模擬太陽光下運作逾800小時後仍維持90%初始效率。該論文由科大電子及計算機工程學系助理教授林彥宏、研究助理教授李鳳珠等共同主導，聯同城大、南方科大及牛津大學等團隊完成。

另一篇《自然—通訊》研究則針對四端子全無機鈣鈦礦疊層電池，該技術雖具耐熱耐光潛力，但表面易受水分侵蝕及缺陷限制。團隊利用四丁基銨三氟甲磺酸鹽（TTFS）分子，在無機鈣鈦礦表面自組裝形成一維／三維異質結，其陽離子部分形成疏水屏障，陰離子鈍化缺陷並促進電子萃取。

半透明寬帶隙頂電池取得17.10%認證效率，與窄帶隙底電池組成四端子疊層後，整體認證效率達21.54%，為該類已報導最高值。器件穩定性同樣突出：在攝氏65度連續光照下運作1,210小時仍保持80%初始效率，於85度高溫下亦能維持80%效率達650小時。科大電子及計算機工程學系博士研究生張青清與高級經理楊思恩提供光學表徵技術，協助驗證界面降低能量損失的機制。研究合作單位包括北京大學深圳研究生院、魯東大學及深圳職業技術大學。

林彥宏表示：「鈣鈦礦疊層太陽能電池發展到現階段，每一個界面都至關重要。這兩項研究展示了一個共同原理：分子界面可被設計成主動調控平台，用以優化結晶、減少能量損失及促進電荷傳輸，並在不同疊層架構中提升長期穩定性。」