科大團隊聯合開創「緩釋溶劑」新型合成策略　推動大面積鈣鈦礦光伏模組技術發展

香港科技大學（科大）的研究團隊發現，在鈣鈦礦太陽能電池中，傳統的鈍化策略主要作用於薄膜表面，難以觸及埋底界面，如同「外敷」般無法修復成膜過程中形成的深層微結構缺陷。尤其是在成膜過程中，由於溶劑快速揮發，鈣鈦礦薄膜底部界面常出現空隙與晶界納米溝槽等微結構缺陷。這些長期被忽視的缺陷嚴重削弱載流子輸運，並在器件放大與運行過程中誘發界面失效，成為制約效率、穩定性和大規模生產的主要瓶頸。

針對上述問題，研究團隊提出一種具備緩釋溶劑分子功能的晶體-溶劑合物（crystal-solvate, CSV）種子策略。該策略透過將溶劑包裹於晶體結構中，並在退火過程中逐步釋放，使鈣鈦礦薄膜底部界面結晶過程自源頭即趨於溫和且可控，進而重構薄膜底部的微結構，藉此實現更高效率及高穩定性的鈣鈦礦太陽能電池，並可實現規模化生產。

鈣鈦礦太陽能電池一直以來被視為最具顛覆性的下一代光伏技術之一，並在電網供電、便攜式電子裝置和太空光伏等應用場景中，展現出取代傳統矽大陽能電池的巨大潛力。鈣鈦礦太陽能電池不僅具備更高光電轉換效率，亦在材料成本、低溫製造及器件美學方面具有顯著優勢。然而，隨着器件面積放大，效率下降、穩定性下降的問題依然嚴重製約其商業化進程。

研究團隊指出，問題根源在於倒置結構器件中自組裝單分子層（SAMs）基底的疏水特性，導致鈣鈦礦前驅體溶液在成膜初期呈現非潤溼結晶模式，從而在薄膜底部形成不可避免的界面空隙與晶界納米溝槽。這些微結構妨礙晶粒的連續生長，並造成嚴重的電子與力學失配，最終導致器件退化與失效。傳統的底部成核誘導策略雖可以提供晶核，卻限於「點狀」調控，無法重構底部界面的整體微結構與功能。

為克服此限制，研究團隊設計併合成了一類低維晶體-溶劑合物（Crystal solvate, CSV）作為埋底界面的成核引導層。這類棒狀納米晶體呈能顯著改善前驅體溶液在SAM基底上的潤濕與成核行為。與傳統方法不同，CSV在晶體結構中包裹有溶劑分子，使溶劑成為材料本身的一部分。在退火過程中，這些包裹的晶態溶劑分子會在受熱過程以緩慢、受控的方式逐步釋放，從而在薄膜底部形成一種緩釋式界面調控過程，有效消除界面空隙、顯著減輕晶界納米溝槽，並在薄膜底部引入穩定的鹵化物鈍化相，協同重構界面能帶結構。

基於此策略，研究團隊製備的倒置結構鈣鈦礦太陽能電池實現了26.13%的光電轉換效率與86.75%的高填充因子，並在光照與高溫條件下展現出顯著增強的長期穩定性。更重要的是，當器件面積放大至49.91 cm²時，效率仍維持在23.15%，展現極小的跨尺度損失，充分展示了該策略在規模化製造中的工程潛力。

該研究的主要通訊作者、科大化學及生物工程學系副教授周圓圓教授表示：「儘管近年來鈣鈦礦電池效率屢創新高，但真正制約其產業化的瓶頸在於放大過程中埋底界面微結構的失控問題。CSV的核心在於將溶劑包裹進材料並緩慢釋放，從而將界面結晶過程從無序、劇烈變為可控、溫和，進而在界面微結構、載流子輸運與器件穩定性之間實現協同優化。」

該研究的共同第一作者、科大化學及生物工程學系研究助理教授郝明偉博士表示：「鈣鈦礦是一類典型的軟晶格材料，其結晶過程對微環境極其敏感。透過CSV種子策略引入的緩釋調控機制，我們不僅改善了界面形貌，還為理解和設計軟晶格材料的界面結構提供了新的研究路徑。」郝博士曾是周圓圓教授研究團隊的香港博士研究生獎學金計劃的博士生。

該研究論文題為「Crystal-solvate pre-seeded synthesis for scalable perovskite solar cell fabrication」，已發表於國際頂級期刊《自然合成》。論文並獲選為期刊2026年4月號（第5卷，第4期）的封面文章，及獲同期發表題為「Scalable crystal-solvate seeding strategy for the fabrication of perovskite photovoltaics」的研究簡報（Research Briefing）專文評述，進一步凸顯了該工作在可擴展鈣鈦礦光伏製備方向的重要學術價值。

該研究工作主要由科大團隊與中國科學院青島生物能源與過程研究所逄淑平教授團隊共同領導完成。同時，相關技術專利獲得了駐港央企、世界五百強企業招商局集團的產業支持。