香港科技大学（科大）工程学院的一个研究小组发现了单个晶粒的表面凹面，而这些凹面是构成过氧化物薄膜的基本要素。他们揭示了这些凹面对薄膜性能和可靠性的重大影响。在这一基础科学发现的基础上，该团队开创了一种新方法，通过化学消除这些晶粒表面凹面，使包晶石太阳能电池更高效、更稳定。

钙钛矿太阳能电池是一种新兴的太阳能电池技术，在电网供电、便携式电源和空间光伏等广泛应用场景中，已显示出取代现有硅太阳能电池的潜力。与商用硅电池相比，它们不仅能获得更高的功率转换效率（PCE），而且还具有材料成本低、可持续生产、透明度和颜色多样性高等优势。然而，在光、湿度和热机械条件下，过氧化物晶体器件的长期稳定性仍然是这一前景广阔的太阳能技术商业化的障碍。

针对这一问题，香港科技大学化学与生物工程系副教授周媛媛及其研究小组从材料微观结构的独特视角开展了基础性研究。他们发现，在钙钛矿材料的结晶晶粒上有大量的表面凹面。研究表明，这些凹面打破了钙钛矿薄膜界面的结构连续性，成为限制钙钛矿电池效率和稳定性的隐性微结构因素。



周媛媛教授展示过氧化物太阳能电池。来源：香港科技大学

随后，研究小组采取了一项创新措施，通过使用一种表面活性剂分子--十三氟己烷-1-磺酸钾--来消除晶粒表面凹陷，从而在形成过氧化物薄膜的过程中操纵应变演化和离子扩散。因此，在标准化的热循环、湿热和最大功率点跟踪测试中，他们的最终包晶电池在效率保持方面有了明显改善。

"单个晶粒的结构和几何形状是包晶半导体和太阳能电池性能的源泉。通过揭示晶粒表面凹面，了解它们的影响，并利用化学工程来定制它们的几何形状，我们正在开创一种新的方法来制造效率和稳定性都达到极限的钙钛矿太阳能电池，"这项工作的通讯作者周教授说。

他补充说："当我们使用原子力显微镜研究包晶薄膜的结构细节时，我们对包晶晶粒的表面凹面非常感兴趣。这些凹面通常埋藏在薄膜底部，很容易被忽视。微观结构对于包晶体太阳能电池和其他光电器件至关重要，由于包晶体材料的有机-无机混合特性，其微观结构可能比传统材料更为复杂。在周教授的指导下，我们能够开发出各种新颖的表征和数据科学方法，以深入了解包晶石的微观结构。"

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