1月9日，厦门大学材料学院张金宝教授团队与西安交通大学梁超教授团队合作，在国际顶级期刊《科学》(Science)上发表了题为“Molecular press annealing enables robust perovskite solar cells”的最新研究成果。

这项成果开发了一种分子压印退火(Molecular press annealing, MPA)新方法，可精准调控钙钛矿缺陷的形成与演变过程，为提升钙钛矿太阳能电池的稳定性提供了新思路。

钙钛矿太阳能电池具有光电转换效率高、制作工艺简单、成本低等优势，已经成为太阳能发电领域的研究热点，也是产业开发的重点方向。然而，制作钙钛矿多晶薄膜过程中的热退火步骤，常会诱发晶体缺陷(如碘空位)的产生与累积，这些缺陷作为“诱发源”会加速钙钛矿结构降解，进而导致电池在实际工作条件下(光照、潮湿、高温环境等)出现性能衰减，这也是制约器件长期稳定性的关键因素。

分子压印退火工艺流程图与分子作用机制研究

为了解决这个核心难题，研究团队提出了一种全新的“固态分子压印退火”方法(如上图所示)，在加热阶段精准、实时地控制缺陷的产生和变化，实现了在钙钛矿结晶的同时，同步进行晶体结构稳定化控制。这种方法的具体操作是：在加热退火过程中，将一种吡啶基分子模板直接压印在钙钛矿薄膜表面，不需要添加任何额外溶剂，就能从分子层面“实时约束”钙钛矿的缺陷演化。其中，优化设计的2-吡啶乙胺的分子和钙钛矿表面欠配位的铅离子形成稳定的双齿配位结构，在加热退火过程有效稳固铅-碘键的连接网络，从而从源头上阻止碘空位缺陷的产生和扩散。

这种“边结晶、边保护”的方法，既能提高钙钛矿材料的结晶度，又能显著抑制晶体缺陷的产生和移动。用这种方法制作的钙钛矿太阳能电池，表现出了优异的性能：小面积电池(0.08 cm2)的光电转换效率最高达到26.6%(经权威认证为26.5%)，厘米级(1cm2)的大面积电池效率接近25%，大面积模组(16cm2)的效率也能保持在23%。更重要的是，电池展示出优异的耐用性和稳定性：在85℃、相对湿度60%的连续工作条件下(符合国际通用的ISOS-L-3标准)，持续工作超过1600小时后，效率还能保持初始值的98%以上;同时，在环境中存放(符合ISOS-D-1标准)超过5000小时，电池性能几乎无衰减。

厦门大学材料学院为论文的第一通讯单位，厦门大学2022级博士研究生胡健飞为本文第一作者，厦门大学材料学院张金宝教授、杨丽助理教授为本文通讯作者，西安交通大学梁超为共同通讯作者，西安交通大学博士研究生林越辛、福建农林大学蔡庆斌副教授、厦门大学肖远辉博士为本文共同第一作者。

本研究得到了国家自然科学基金、深圳市自然科学基金、江西省自然科学基金、厦门大学校长基金等项目的资助。

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.aea8228