福建农林大学等团队研究成果登上《科学》

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》发表了一项来自中国科研团队的最新研究成果。福建农林大学、厦门大学、西安交通大学研究人员合作开发的“分子压印退火”新技术，犹如为脆弱的太阳能电池材料“加盖”了一层稳固的“分子钢印”，从根本上解决了制约其走向产业化的一大核心难题——高温制备过程中的性能衰减问题。该研究使钙钛矿太阳能电池在实现高转换效率的同时，获得了惊人的稳定性，相关性能指标达到国际领先水平。

产业化“拦路虎”：

材料“筋骨”易损伤

钙钛矿太阳能电池被誉为下一代光伏技术的“明星”，潜力巨大，但其量产之路却卡在了一道关键的制备工序上——热退火。这个过程类似于陶瓷烧制或面包烘焙，通过加热使薄膜材料结晶成型，至关重要。

“然而，传统的热退火就像一场‘危险的高温考验’。”论文共同第一作者之一、福建农林大学青年教师蔡庆斌博士解释道，“在加热时，材料中的碘元素容易‘逃逸’，形成被称为‘碘空位’的缺陷。这就像是材料的‘筋骨’中出现了空洞和蛀虫。”

研究团队通过系统研究，首次明确揭示了问题的根源：碘空位是触发材料分解的“罪魁祸首”。它在热作用下会不断增殖，引发连锁反应，导致材料结构从内部“坍塌”，性能迅速衰退。现有的很多补救方法属于“事后修补”，且常用的液体钝化手段本身可能对薄膜造成二次伤害。

“分子钢印”新策略：

从源头杜绝缺陷

面对这一源头性难题，研究团队另辟蹊径，创新性地提出了“固态分子压印退火”（MPA）策略。这不再是“事后修复”，而是“边生长边保护”的源头治理。

蔡庆斌博士用一个生动的比喻描述了这项技术：“我们设计了一种固态的‘分子印章’，在薄膜加热结晶的同时，就像盖章一样，将这些功能分子精准、温和地‘压印’到材料表面和晶界中。这个过程无需溶剂，避免了液体侵蚀，更重要的是，它能从材料诞生之初就牢牢‘锁住’碘元素，抑制‘蛀虫’（碘空位）的产生和扩散，相当于为脆弱的晶体骨架穿上了定制的‘保护甲’。”

这种方法不仅效果好，而且成本显著降低。研究表明，“分子印章”可以重复使用数十次，相比传统的溶液处理方法，大大降低成本，展现了优异的应用经济性。

产业化前景广阔：

实现“高效率+长寿命”

得益于这一革命性的策略，研究团队制备的钙钛矿太阳能电池取得了性能与稳定性的双重飞跃。

在效率方面，无论是0.08平方厘米的小面积电池，还是放大到16平方厘米的微型组件，都实现了国际领先的功率转换效率，最高达到26.6%。在更为关键的稳定性测试中，成果同样耀眼：在模拟高温高湿（85°C、60%相对湿度）的严苛环境下连续运行1600多小时，性能保持率高达98.6%；在干燥环境下放置超过5000小时，性能仍保持97%以上。这些数据标志着电池的“长寿”难题取得了实质性突破。

“这项研究不仅深化了我们对钙钛矿材料‘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。”团队表示，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。

本研究由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、厦门大学肖远辉博士作为共同第一作者完成。通讯作者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。

据了解，蔡庆斌博士系福建省高层次引进人才，已在《科学》《自然·光子学》等国际顶级期刊发表多篇重要论文。（记者 梁凯鸿）