嶺大跨學科學院學者聯合研發嶄新策略 實現高效穩定反式鈣鈦礦太陽能電池 成果發表於國際最頂級學術期刊《自然》

香港2025年11月12日 /美通社/ -- 高效率、低製造成本的鈣鈦礦太陽能電池（perovskite solar cells）被視為革命性光伏技術，可進一步降低發電成本，推動綠色可再生能源產業的發展與減碳目標。然而，當前高效鈣鈦礦太陽能電池仍面臨嚴峻的穩定性挑戰，尤其是在高溫條件下長時間連續運行，嚴重阻礙該技術的商業化進程。

圖為本課題所製備的面積為1平方厘米的反式鈣鈦礦太陽能電池。

嶺南大學（嶺大）跨學科學院助理教授吳聖釩教授參與香港城市大學、中科院深圳先進技術研究院以及吉林大學團隊，開發出一種「自組裝單分子層（self-assembled monolayers, SAMs）穩定策略」，可大幅提升高效鈣鈦礦太陽能電池的高溫運行穩定性，進而提升鈣鈦礦光伏的商業可行性。吳聖釩教授爲共同通訊作者，有關論文發表於國際頂級學術期刊《自然》（Nature）。這是嶺南大學跨學科學院首次以通訊作者身份在《自然》發表文章。

研究團隊通過設計「可交聯的自組裝分子」（JJ24），並與既有的空穴選擇性SAM分子共組裝，在經過160 ℃短時加熱後，JJ24與鄰近空穴選擇性SAM分子中的烷基鏈形成穩定共價鍵。該策略同時帶來三項裨益：一是顯著提升SAM分子構象穩定性，避免襯底暴露所引發的鈣鈦礦降解；二是改善SAM分子取向與偶極矩，使襯底功函數下移，以此增強電荷提取和減少能量損失；三是幫助SAM前驅體溶液中的溶質分散，改善SAM在襯底上的致密度，以提升器件重現性與可擴展性。

基於上述嶄新方法製備的反式鈣鈦礦太陽能電池，實現了百分之26.98的能量轉換效率，經第三方權威機構認證效率為百分之26.82。而且在國際電工委員會（IEC）制定的嚴苛穩定性測試標準下（ISOS-L-2），實現了連續運行1000小時無效率衰減，並於-40 ℃至85 ℃之間重複冷熱循環700次後，仍保持超過百分之98的初始效率。

本研究項目的共同通訊作者、嶺大跨學科學院助理教授吳聖釩教授進一步解釋：「此次研究的突破，在於同時實現了接近百分之27的能量轉換效率，以及在85 ℃高溫條件下，長時間連續運行無效率衰減的鈣鈦礦太陽能電池。此外，我們的實驗結果表明，該策略適用於各種主流SAM分子，因而具有良好普適性，並在放大太陽能電池面積過程中，展示出良好的可擴展性，有望在未來三至五年內推動大面積鈣鈦礦太陽能模組的實際部署與應用。」

有關研究成果已於《自然》上發表，文章題爲《Toughened self-assembled monolayers for durable perovskite solar cells》。該項科研工作實現了嶺南大學跨學科學院在國際最頂級學術期刊的首次突破，展現了學院及大學在新能源領域的研究實力，爲推動新一代光伏技術的產業化和大規模應用奠定了重要基礎。