光伏（PV）技術可將光能轉化為電能，在全球範圍內越來越多地被用於生產再生能源。香港科技大學（科大）工程學院的研究人員開發出分子處理方法，大幅提高過氧化物太陽能電池的效率和壽命。這項突破有望加快這種清潔能源的大規模生產。

解決這個問題的關鍵在於他們成功地確定了決定鹵化物過氧化物晶體性能和壽命的關鍵參數，這種下一代光伏材料因其獨特的晶體結構而成為光伏設備中最有前途的材料之一。研究結果發表在《科學》期刊。

在電子與電腦工程系和先進顯示與光電技術國家重點實驗室助理教授林燕紅的領導下，研究小組對各種鈍化方法進行了研究。鈍化是一種化學過程，可減少材料中缺陷的數量或減輕缺陷的影響，從而提高由這些材料組成的設備的性能和壽命。他們重點研究了用於鈍化過氧化物太陽能電池的”氨基矽烷”分子家族。

氨基矽烷分子及其製造及光電特性。資料來源：香港科技大學

「過去十年來，多種形式的鈍化對提高過氧化物太陽能電池的效率非常重要。然而，能帶來最高效率的鈍化途徑往往不能大幅提高長期運行穩定性，」林教授解釋了這一問題。

研究小組首次展示了不同類型的胺（伯胺、仲胺和叔胺）及其組合如何改善存在許多缺陷的過氧化物薄膜表面。為此，他們採用了”原位”（工作環境之外）和”原位”（工作環境之內）兩種方法來觀察分子與包光體的相互作用。在此基礎上，他們確定了能大幅提高光致發光量子產率（PLQY）的分子，即在材料激發過程中發射的光子數量，這表明缺陷更少、品質更好。

電子與電腦工程系助理教授、先進顯示與光電技術國家重點實驗室主任林彥雄（右），電子與電腦工程系博士生曹雪莉（中），先進顯示與光電技術國家重點實驗室高級經理楊飛昂博士（左）。圖片來源：香港科技大學

「這種方法對於串聯太陽能電池的開發至關重要，串聯太陽能電池結合了多層具有不同帶隙的光活性材料。這種設計透過在每一層吸收不同部分的太陽光，最大限度地利用了太陽光譜，從而提高了整體效率。

在太陽能電池演示中，研究小組製作了中等尺寸（0.25 平方公分）和較大尺寸（1 平方公分）的裝置。實驗在寬頻隙範圍內實現了低光電壓損耗，並保持了高電壓輸出。這些元件的高開路電壓超過了熱力學極限的90%。根據現有文獻中約1700 組數據進行的基準測試表明，就能量轉換效率而言，他們的結果是迄今為止所報告的最佳結果之一。

更重要的是，研究表明，在有機太陽能電池國際高峰會（ISOS）-L-3 協議（太陽能電池的標準化測試程序）下，氨基矽烷鈍化電池具有顯著的運作穩定性。在電池老化約1500 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。最佳鈍化電池的最大功率點效率和功率轉換效率分別為19.4% 和20.1%，是迄今為止報告的最高（考慮帶隙因素）和最長的指標之一。

林教授強調說，他們的處理流程不僅能提高過氧化物太陽能電池的效率和耐用性，還可用於工業規模的生產。他說：”這種處理方法類似於半導體行業廣泛使用的HMDS（六甲基二矽氮烷）打底工藝。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工藝中，使其具有商業可行性，並可大規模應用。

編譯自/ ScitechDaily