香港科技大學（科大）工程學院的研究小組發現了單一晶粒的表面凹面，而這些凹面是構成過氧化物薄膜的基本要素。他們揭示了這些凹面對薄膜性能和可靠性的重大影響。在這項基礎科學發現的基礎上，團隊開創了一種新方法，透過化學消除這些晶粒表面凹面，使包晶石太陽能電池更有效率、更穩定。

鈣鈦礦太陽能電池是一種新興的太陽能電池技術，在電網供電、便攜式電源和太空光伏等廣泛應用場景中，已顯示出取代現有矽太陽能電池的潛力。與商用矽電池相比，它們不僅能獲得更高的功率轉換效率（PCE），而且還具有材料成本低、可持續生產、透明度和顏色多樣性高等優勢。然而，在光、濕度和熱機械條件下，過氧化物晶體裝置的長期穩定性仍然是這一前景廣闊的太陽能技術商業化的障礙。

針對此問題，香港科技大學化學與生物工程系副教授週媛媛及其研究小組從材料微觀結構的獨特視角開展了基礎性研究。他們發現，在鈣鈦礦材料的結晶晶粒上有大量的表面凹面。研究表明，這些凹面打破了鈣鈦礦薄膜界面的結構連續性，成為限制鈣鈦礦電池效率和穩定性的隱性微結構因素。

週媛媛教授展示過氧化物太陽能電池。來源：香港科技大學

隨後，研究小組採取了一項創新措施，透過使用一種界面活性劑分子–十三氟己烷-1-磺酸鉀–來消除晶粒表面凹陷，從而在形成過氧化物薄膜的過程中操縱應變演化和離子擴散。因此，在標準化的熱循環、濕熱和最大功率點追蹤測試中，他們的最終包晶電池在效率保持方面有了明顯改善。

“單一晶粒的結構和幾何形狀是包晶半導體和太陽能電池性能的來源。透過揭示晶粒表面凹面，了解它們的影響，並利用化學工程來客製化它們的幾何形狀，我們正在開創一種新的方法來製造效率和穩定性都達到極限的鈣鈦礦太陽能電池，」這項工作的通訊作者周教授說。

他補充說：”當我們使用原子力顯微鏡研究包晶薄膜的結構細節時，我們對包晶晶粒的表面凹面非常感興趣。這些凹面通常埋藏在薄膜底部，很容易被忽略。微觀結構對於包晶太陽能電池和其他光電器件至關重要，由於包晶體材料的有機-無機混合特性，其微觀結構可能比傳統材料更為複雜。科學方法，以深入了解包晶石的微觀結構。

編譯自/ ScitechDaily