理大研究破解鈣鈦礦電池老化成因 添加劑修補晶界 光照2,200小時仍保九成效率

香港文匯報訊（記者 莫楠）鈣鈦礦太陽能電池高效、低成本、輕巧且應用靈活，被視為最具潛力的新一代太陽能技術之一。針對光照下老化難題，香港理工大學研究團隊找出成因，並在材料中加入名為3-氟苯乙基溴化銨（m-F-PEABr）的添加劑。該分子體積較大，無法進入晶粒內部，自然聚集於晶界；分子帶正電一端可填補（111）晶界上缺失離子留下的空位，含氟部分則助其緊固於晶界。經修補後，晶界兩側電荷損失恢復平衡，避免個別位置成為老化集中點。在相當於一個太陽強度的連續光照下運作超過2,200小時後，電池仍保持初始效率90%以上。

鈣鈦礦太陽能電池的發電層由無數微小晶粒構成，每顆晶粒表面朝向不同，稱為晶面。混合晶面鈣鈦礦太陽能電池中，不同晶面晶粒同時存在，特性各異，影響電荷傳輸、缺陷形成及光照下老化過程；晶粒與晶粒之間交界則稱為晶界。電池吸收陽光後產生帶負電電子及帶正電空穴，理想情況下被收集形成電流；但若在晶界遇上材料缺陷，便可能被困住並互相抵消，既浪費太陽能，亦逐漸損害電池。

由理大電機及電子工程學系助理教授楊光與浙江大學團隊合作的研究發現，在混合晶面結構中，當兩種常見晶面（100）和（111）的晶粒相鄰時，晶界兩側電荷損失並不平均：（111）晶粒一側晶界缺陷較多，主要是材料中本應存在的甲脒（FA）離子缺失後留下的空位，令正電荷異常積聚。（111）晶面本身較能抵抗光照老化，但不平衡的電荷積聚反而加速光降解，成為電池老化源頭。換言之，電池壽命不僅取決於每顆晶粒是否穩定，亦取決於相鄰晶粒之間如何相互影響。

楊光表示，鈣鈦礦太陽能電池效率已相當高，但穩定性仍是商業化最大瓶頸。過去研究大多集中於減少缺陷數量，而團隊首次證明，相鄰晶粒之間電荷損失不平衡，是電池運作中老化的關鍵成因之一。只要平衡晶粒之間電荷損失，便能同時提升電池效率及穩定性。這為理解電池老化提供新角度，也為開發更耐用、可商業化的鈣鈦礦太陽能電池開闢新方向。