全新的分子处理方法可提高过氧化物太阳能电池的效率和耐用性

解决这一问题的关键在于他们成功确定了决定卤化物过氧化物晶体性能和寿命的关键参数，这种下一代光伏材料因其独特的晶体结构而成为光伏设备中最有前途的材料之一。研究结果发表在《科学》杂志上。

在电子与计算机工程系和先进显示与光电技术国家重点实验室助理教授林燕红的领导下，研究小组对各种钝化方法进行了研究。钝化是一种化学过程，可减少材料中缺陷的数量或减轻缺陷的影响，从而提高由这些材料组成的设备的性能和寿命。他们重点研究了用于钝化过氧化物太阳能电池的"氨基硅烷"分子家族。

氨基硅烷分子及其制造和光电特性。资料来源：香港科技大学

"过去十年来，多种形式的钝化对提高过氧化物太阳能电池的效率非常重要。然而，能带来最高效率的钝化途径往往不能大幅提高长期运行稳定性，"林教授解释了这一问题。

研究小组首次展示了不同类型的胺（伯胺、仲胺和叔胺）及其组合如何改善存在许多缺陷的过氧化物薄膜表面。为此，他们采用了"原位"（工作环境之外）和"原位"（工作环境之内）两种方法来观察分子与包光体的相互作用。在此基础上，他们确定了能大幅提高光致发光量子产率（PLQY）的分子，即在材料激发过程中发射的光子数量，这表明缺陷更少、质量更好。

电子与计算机工程系助理教授、先进显示与光电技术国家重点实验室主任林彦雄（右），电子与计算机工程系博士生曹雪莉（中），先进显示与光电技术国家重点实验室高级经理杨飞昂博士（左）。图片来源：香港科技大学

"这种方法对于串联太阳能电池的开发至关重要，串联太阳能电池结合了多层具有不同带隙的光活性材料。这种设计通过在每一层吸收不同部分的太阳光，最大限度地利用了太阳光谱，从而提高了整体效率。"

在太阳能电池演示中，研究小组制作了中等尺寸（0.25 平方厘米）和较大尺寸（1 平方厘米）的装置。实验在宽带隙范围内实现了低光电压损耗，并保持了高电压输出。这些器件的高开路电压超过了热力学极限的 90%。根据现有文献中约 1700 组数据进行的基准测试表明，就能量转换效率而言，他们的结果是迄今为止所报告的最佳结果之一。

更重要的是，研究表明，在有机太阳能电池国际峰会（ISOS）-L-3 协议（太阳能电池的标准化测试程序）下，氨基硅烷钝化电池具有显著的运行稳定性。在电池老化约 1500 小时后，最大功率点 (MPP) 效率和功率转换效率 (PCE) 仍保持在较高水平。最佳钝化电池的最大功率点效率和功率转换效率分别为 19.4% 和 20.1%，是迄今为止报告的最高（考虑带隙因素）和最长的指标之一。

林教授强调说，他们的处理工艺不仅能提高过氧化物太阳能电池的效率和耐用性，而且还可用于工业规模的生产。他说："这种处理方法类似于半导体行业广泛使用的 HMDS（六甲基二硅氮烷）打底工艺。这种相似性表明，我们的新方法可以很容易地集成到现有的制造工艺中，使其具有商业可行性，并可大规模应用。"

编译自/ScitechDaily