突破性鈣鈦礦設計！太陽能電池穩定性大躍進

在太陽能科技領域，微妙的結構和諧往往能帶來巨大突破。康乃爾大學研究團隊發現兩種鈣鈦礦材料間的完美原子級匹配，成功開發出兼具高效能與卓越耐久性的太陽能電池。這項發現為可再生能源技術開闢了新道路。

傳統三維(3D)鈣鈦礦由金屬鹵化物「籠狀結構」重複排列而成，內部填充帶正電的小分子（稱為陽離子）。這類材料雖具備輕量化、低成本等優勢，且轉換效率超越傳統矽晶太陽能，但其鹽類離子晶體結構卻容易受到熱、濕氣甚至陽光本身的破壞。

康乃爾團隊創新研發出一種二維(2D)鈣鈦礦保護層，能完美覆蓋在3D鈣鈦礦表面形成耐候塗層。這項突破性成果已發表於5月9日的《Joule》期刊，論文標題為「透過晶格匹配實現相位穩定的2D/3D異質雙層結構用於高效穩定倒置太陽能電池」。

過往研究曾嘗試使用甲基銨(MA)作為籠狀陽離子來製作保護層，但MA極不穩定，遇光即會揮發。論文第一作者Ramakrishnan博士候選人指出：「MA雖能提供良好效率與電荷傳輸，但太陽能電池在連續運作數百小時後就會快速劣化。」

研究團隊突破性地採用晶格匹配技術，精心挑選能與甲脒(FA)陽離子自然對齊的有機配體，成功創造出導電性與穩定性兼具的2D鈣鈦礦結構。Ramakrishnan解釋：「我們選擇的配體不會過度壓縮籠狀結構，為較大的FA陽離子預留了適當空間。」

實驗結果顯示，這種新型2D/3D複合結構不僅能抵抗陽光與高溫造成的劣化，更透過改善電荷傳輸路徑提升了整體電效能。最終製作的太陽能電池實現25.3%的光電轉換效率，在連續50天的嚴苛測試下僅出現5%的效能衰減。

雖然鈣鈦礦材料問世僅十餘年，其不穩定性一直阻礙商業化程序。資深作者Qiuming Yu教授表示：「透過分子層級的理解與應用，我們能加速鈣鈦礦太陽能的發展程序。」Ramakrishnan也分享他在國家再生能源實驗室的實習經驗，強調將實驗室成果轉化為實際應用的重要性。

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