科大工學院團隊破解納米結構　研發高效穩定鈣鈦礦太陽能電池

香港科技大學（科大）工學院研究團隊持續推動可再生能源電池技術發展，率先透過突破研究鈣鈦礦太陽能電池納米結構，成功研發出一款既高效又穩定的電池，可望大幅降低其使用成本及擴大其應用範圍，將科研成果落地貢獻社會。

相對現行主流使用的傳統矽晶太陽能電池，鈣鈦礦太陽能電池能量轉換效率高、生產時材料成本較低及可達至永續製造，屬極具發展潛質的前沿技術，是科研界重點研究課題。惟鈣鈦礦太陽能電池在光亮、潮濕及高溫環境下，表現有欠穩定，阻礙它投產。其中，鈣鈦礦薄膜內部的正離子分布不均，削弱電池性能。

科大化學及生物工程學系副教授周圓圓教授領導的研究團隊發現，在鈣鈦礦薄膜晶粒的三角邊界處上，存在內凹幾何結構，這些結構產生「陷阱」束縛正離子，令它分布不均。研究團隊其後採用了一種化學添加劑「乙酸丁基銨」，淺化晶粒上的內凹，並將其深度降低了三分之一。經此技術所製得的鈣鈦礦電池，在效能上增長近26%，同時在各項標準穩定性測試中，表現優異。

周教授說：「現時研究大多聚焦於宏觀或微觀層面去改進鈣鈦礦電池，甚少研究更細微的納米級結構。團隊利用陰極射線發光顯微鏡，並結合一系列先進技術，發現這些納米內凹結構影響薄膜正離子分布，這正正是影響電池光電轉換效率與穩定性的關鍵。」

研究成果已在納米科技領域的頂尖學術期刊《自然納米技術》（Nature Nanotechnology）發表，論文題為「Nanoscopic Cross-Grain Cation Homogenization in Perovskite Solar Cells」。

論文的第一作者、科大博士後研究員郝明偉博士補充道：「鈣鈦礦是一種軟晶格材料。團隊在實驗過程中，觀察到鈣鈦礦薄膜與傳統材料結構差異大，已開展下一階段的研究釐清相關機制，期望擴展鈣鈦礦太陽能電池的商業應用，以創新產品推動再生能源市場發展。」

本研究的共同通訊作者為美國田納西大學諾克斯維爾分校的Mahshid AHMADI教授，其他合作夥伴來自美國耶魯大學、美國橡樹嶺國家實驗室、韓國延世大學，以及香港浸會大學。

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（原文於2025年2月26日在EurekAlert刊登。）