为更高效、更稳定的钙钛矿太阳能电池揭示了关键的纳米级现象

香港科技大学（HKUST）工程学院在推动可再生能源发电发展方面取得了重大进展，率先突破了钙钛矿太阳能电池（PSCs）纳米级性能的研究。这一举措导致开发了更高效、更耐用的电池，有望大幅降低成本并扩大应用范围，从而将科学研究与商业界的需求联系起来

与传统的硅太阳能电池相比，PSC有可能实现更高的功率转换效率，并采用成本更低的材料和更可持续的制造工艺。因此，PSC已成为能源和可持续发展领域的前沿研究领域

然而，PSC在暴露于光、湿度和热机械应力下的长期稳定性仍然是商业化的主要障碍。导致不稳定的一个关键因素是钙钛矿薄膜中阳离子的不均匀分布，这可能会引发不利的相变，逐渐降低器件的性能

由香港科技大学化学与生物工程系副教授、能源研究所副所长周媛媛教授领导的一个研究小组发现，钙钛矿晶粒三重结处的纳米级凹槽陷阱是几何陷阱，可以捕获阳离子并延缓其相互扩散以实现均匀化

研究小组使用了一种合理的化学添加剂方法，称为乙酸丁铵，并成功地将这些纳米级凹槽陷阱的深度减少了三倍。所得阳离子均化的PSC显示出接近26%的效率提高。更重要的是，这些设备在各种标准化测试协议下表现出有利的稳定性

本研究的主要通讯作者周教授说：“大多数现有的研究都集中在微观或宏观层面，以改善钙钛矿太阳能电池。然而，我们的团队研究了这些PSC中纳米级的细节。

”我们使用了一种称为阴极发光成像的先进表征技术来研究这些纳米级凹槽陷阱与阳离子分布之间的关系。这一基本方法指导了我们对这些纳米槽的工程设计，以均匀化阳离子分布并提高电池性能”。

这些发现发表在《自然纳米技术》杂志上，发表在一篇题为“钙钛矿太阳能电池中的纳米级跨晶阳离子均匀化”的论文中。

这项工作的第一作者、香港科技大学博士后郝明伟博士补充道：“钙钛矿是一种软晶格材料。在整个实验过程中，我们发现钙钛矿薄膜的结构特征与传统材料明显不同。我们正在尽一切努力阐明促进钙钛矿太阳能电池商业可行性的相关机制，以这一潜在的游戏规则改变者推动可再生能源市场的发展。“

田纳西大学诺克斯维尔分校的Mahshid Ahmadi教授是这项工作的共同通讯作者。其他合作者来自耶鲁大学、橡树岭国家实验室、延世大学和香港浸会大学