北京時(shí)間2026年1月9日，福建農(nóng)林大學(xué)數(shù)字經(jīng)濟(jì)學(xué)院綠色光電器件與儲(chǔ)能電池團(tuán)隊(duì)青年教師蔡慶斌以共同第一作者在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）發(fā)表題為《分子壓印退火實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定性鈣鈦礦太陽能電池》“Molecular press annealing enables robust perovskite solar cells”的研究成果，標(biāo)志著我校關(guān)于鈣鈦礦材料與器件物理領(lǐng)域的研究在國際上保持領(lǐng)先水平。
鈣鈦礦太陽能電池作為下一代光伏技術(shù)的重要發(fā)展方向，其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程仍面臨制備工藝中的關(guān)鍵瓶頸——熱退火處理。盡管該步驟有助于提升薄膜結(jié)晶質(zhì)量，但會(huì)誘發(fā)碘揮發(fā)、碘空位缺陷生成及晶格結(jié)構(gòu)坍塌，進(jìn)而加劇離子遷移與自摻雜效應(yīng)，最終造成器件性能與穩(wěn)定性的顯著衰減。目前，常見的表面鈍化方法多屬“事后修復(fù)”型策略，且基于溶液法鈍化易對(duì)鈣鈦礦層造成損傷。此外，熱退火過程中碘空位相關(guān)的降解動(dòng)力學(xué)機(jī)制尚未明確。因此，亟需開發(fā)一種在結(jié)晶過程中實(shí)現(xiàn)“邊生長(zhǎng)、邊保護(hù)”的無溶劑新策略，從材料本征層面抑制熱退火誘導(dǎo)的分解與缺陷，從而推動(dòng)鈣鈦礦太陽能電池向產(chǎn)業(yè)化方向穩(wěn)步邁進(jìn)。
分子壓印退火（MPA）的工藝流程及退火過程中鈣鈦礦薄膜的原位PL與XRD表征
福建農(nóng)林大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)圍繞鈣鈦礦太陽能電池?zé)嵬嘶疬^程中的結(jié)構(gòu)降解問題進(jìn)行了系統(tǒng)性研究。明確了熱退火降解動(dòng)力學(xué)機(jī)制，明確了碘空位是觸發(fā)鈣鈦礦向PbI?分解的核心引發(fā)劑，且該降解為伴隨熱結(jié)晶過程的本征動(dòng)態(tài)行為，碘空位的增殖會(huì)進(jìn)一步引發(fā)鉛-碘鍵解離、晶格框架坍塌及離子遷移加劇等連鎖問題。
碘空位誘導(dǎo)鈣鈦礦退化的原子尺度機(jī)制及2-Pyy分子的穩(wěn)定作用
為解決這一源頭性難題，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了固態(tài)分子壓退火（MPA）策略。基于該策略制備的n-i-p型鈣鈦礦太陽能電池，在性能與穩(wěn)定性上實(shí)現(xiàn)雙重突破：0.08 cm2小面積器件功率轉(zhuǎn)換效率達(dá)26.6%（認(rèn)證26.5%），1 cm2器件效率為24.9%，16 cm2模組效率仍保持23.0%；在85℃、60%相對(duì)濕度的ISOS-L-3協(xié)議下連續(xù)運(yùn)行1617小時(shí)后效率保留98.6%，室溫10%相對(duì)濕度的ISOS-D-1協(xié)議下儲(chǔ)存5280小時(shí)效率保持97.2%。此外，該策略具備良好的普適性，吡啶基模板可實(shí)現(xiàn)數(shù)十次壓印循環(huán)，相較傳統(tǒng)溶液后處理成本降低47倍以上。
MPA對(duì)載流子輸運(yùn)、離子遷移及能量損失通道的調(diào)控效果
MPA鈣鈦礦太陽能電池的效率、可擴(kuò)展性與長(zhǎng)期穩(wěn)定性表現(xiàn)
該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在薄膜熱結(jié)晶過程的原位、同步調(diào)控與保護(hù)，從源頭上有效抑制了碘空位的生成與擴(kuò)散，顯著提升了薄膜的結(jié)晶質(zhì)量與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。電池性能與穩(wěn)定性達(dá)到國際領(lǐng)先水平，實(shí)現(xiàn)“高效率+長(zhǎng)壽命”的雙重突破。此項(xiàng)突破不僅深化了對(duì)鈣鈦礦材料退化機(jī)理的科學(xué)認(rèn)知，更為推動(dòng)鈣鈦礦光伏技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程提供了全新的、極具潛力的解決方案，展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。
近十年來，福建農(nóng)林大學(xué)以第一作者或通訊作者單位在CNS三大頂刊已共計(jì)發(fā)表論文20篇，其中以第一作者完成單位發(fā)表論文16篇；以通訊作者完成單位發(fā)表論文17篇。同期，福建農(nóng)林大學(xué)還以第一作者或通訊作者單位在CNS子刊發(fā)表論文500多篇。
廈門大學(xué)博士研究生胡健飛為本文第一作者，福建農(nóng)林大學(xué)青年教師蔡慶斌、西安交通大學(xué)博士研究生林越辛、廈門大學(xué)肖遠(yuǎn)輝博士為本文共同第一作者。廈門大學(xué)材料學(xué)院張金寶教授、楊麗助理教授為本文通訊作者，西安交通大學(xué)梁超為共同通訊作者。
文章鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.aea8228
作者簡(jiǎn)介：
蔡慶斌，博士，福建省高層次人才（C類）、福建省“引進(jìn)高層次人才（C類）”。主要從事鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）領(lǐng)域研究，具有材料設(shè)計(jì)合成、器件制備優(yōu)化與機(jī)理分析的系統(tǒng)研究背景，深耕PSCs新型SAM空穴傳輸層設(shè)計(jì)、鈣鈦礦缺陷調(diào)控及界面工程等方向，在高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜制備與摻雜調(diào)制方面積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，曾參與兩項(xiàng)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目。以第一作者、共同第一作者或通訊作者身份發(fā)表SCI論文10篇，累計(jì)影響因子200，成果發(fā)表于Science、Nature Photonics、Joule、Advanced Materials、Advanced Functional Materials等期刊。