光伏（PV）技術將光能轉化為電能，在全球範圍內越來越多地應用於產生再生能源。香港科技大學（科大）工程學院的研究人員開發出一種分子處理方法，可顯著提高鈣鈦礦太陽能電池的效率和耐用性。他們的突破將有可能加速這種清潔能源的大規模生產。

該解決方案的關鍵是他們成功識別了決定鹵化物鈣鈦礦性能和壽命的關鍵參數，鹵化物鈣鈦礦是一種下一代光伏材料，因其獨特的晶體結構而成為光伏裝置中最有前途的材料之一。研究結果發表於科學。

由電子與電腦工程系和先進顯示與光電子技術國家重點實驗室林彥宏助理教授領導的研究小組研究了各種鈍化方法，化學過程減少缺陷數量或減輕其對材料的影響，從而提高包含這些材料的設備的性能和壽命。他們專注於用於鈍化的“氨基矽烷”分子家族鈣鈦礦太陽能電池。

「在過去的十年中，多種形式的鈍化對於提高鈣鈦礦太陽能電池的效率非常重要。然而，導致最高效率的鈍化途徑通常不會顯著提高長期運行穩定性，」林教授解釋道。

研究團隊首次展示了不同類型的胺（伯胺、仲胺和叔胺）及其組合如何改善鈣鈦礦薄膜形成許多缺陷的表面。他們使用「異位」（操作環境之外）和「原位」（在操作環境內）來實現這一目標。運作環境）觀察分子與鈣鈦礦相互作用的方法。由此，他們發現了能夠大幅提高光致發光量子產率（PLQY）的分子，即材料激發過程中發出的光子數量，這表明缺陷更少，品質更好。

「這種方法對於串聯太陽能電池的開發至關重要，串聯太陽能電池將多層具有不同帶隙的光敏材料結合在一起。該設計通過吸收每層中不同部分的陽光來最大限度地利用太陽光譜，從而提高整體效率。

電子與電腦工程系暨先進顯示與光電子技術國家重點實驗室助理教授林彥雄（右），電子與電腦工程博士

在他們的太陽能電池演示中，該團隊製造了介質（0.25 cm2^{）和大（1 厘米2}) 尺寸。^{該實驗在很寬的帶隙範圍內實現了低光電壓損失，保持了高電壓輸出。}這些元件達到了超過熱力學極限 90% 的高開路電壓。

對現有文獻中約 1,700 組數據進行基準測試表明，就能源轉換效率而言，他們的結果是迄今為止報告的最佳結果之一。

更重要的是，該研究證明了氨基矽烷鈍化電池在有機太陽能電池國際高峰會 (ISOS)-L-3 協議（太陽能電池標準化測試程序）下具有卓越的運作穩定性。

電池老化過程約 1,500 小時後，最大功率點 (MPP) 效率和功率轉換效率 (PCE) 仍維持在較高水準。對於下降至初始值 95% 的最佳鈍化電池，冠軍 MPP 效率和冠軍 PCE 分別為 19.4% 和 20.1%，位居報告的最高（考慮帶隙因素時）和最長指標之列迄今為止。

林教授強調，他們的處理過程不僅提高了鈣鈦礦太陽能電池的效率和耐用性，也適合工業規模生產。

「這種處理類似於半導體行業廣泛使用的 HMDS（六甲基二矽氮烷）底漆工藝，」他說。“這種相似性表明我們的新方法可以輕鬆整合到現有的製造流程中，使其具有商業可行性並為大規模應用做好準備。”

該團隊包括電子和計算機工程博士。學生曹雪莉、先進顯示器與光電子技術國家重點實驗室高級經理Fion Yeung博士以及來自牛津大學和謝菲爾德大學的合作者。