材料領(lǐng)域的明日之星

鈣鈦礦材料被譽(yù)為光伏界的”夢(mèng)幻材料”，其光電轉(zhuǎn)換效率在短短十年間從3.8%飆升至26%，展現(xiàn)出取代傳統(tǒng)硅基太陽(yáng)能技術(shù)的巨大潛力。在眾多鈣鈦礦材料中，甲脒鉛碘（FAPI）因其優(yōu)異的光吸收能力和理論效率極限備受關(guān)注。但就像初生的恒星需要克服引力束縛，FAPI在常溫下容易發(fā)生相變分解，微觀結(jié)構(gòu)中的晶界缺陷更如同”能量黑洞”，吞噬著光電轉(zhuǎn)換效率。

突破瓶頸的雙ren劍

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，快速紅外退火技術(shù)雖能0.6秒完成薄膜結(jié)晶，但閃電般的處理速度卻像”時(shí)間加速器”，使材料內(nèi)部的原子來不及有序排列。通過正電子湮滅壽命譜儀（PALS）檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，這種工藝會(huì)在每立方厘米材料中產(chǎn)生千萬分之一的空位缺陷，相當(dāng)于在足球場(chǎng)上隨機(jī)出現(xiàn)數(shù)百個(gè)”陷阱坑洞”，嚴(yán)重影響電荷傳輸效率。

分子”修補(bǔ)匠”的微觀奇跡

（插入分子結(jié)構(gòu)圖：TEMPO分子與鈣鈦礦晶體的相互作用示意） 研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地引入TEMPO分子，這種形似”六齒齒輪”的有機(jī)化合物展現(xiàn)出驚人的修復(fù)能力。當(dāng)科研人員通過正電子湮滅測(cè)量發(fā)現(xiàn)，TEMPO能將晶界缺陷密度降低至傳統(tǒng)工藝的1/10，相當(dāng)于將足球場(chǎng)的坑洞縮減到個(gè)位數(shù)。配合閃光紅外退火技術(shù)，材料內(nèi)部形成均勻的”鵝卵石小路”結(jié)構(gòu)，電荷傳輸效率提升30%。

太空望遠(yuǎn)鏡級(jí)檢測(cè)技術(shù)

研究采用的”材料CT掃描儀”——正電子湮滅譜儀，能夠捕捉十億分之一秒級(jí)的微觀變化。數(shù)據(jù)顯示，添加TEMPO的樣品中正電子壽命從452皮秒縮短至436皮秒，揭示材料內(nèi)部電子密度提升15%。這種變化如同在納米尺度上”填bu裂縫”，使電池在85℃高溫下仍保持90%以上效率。

從實(shí)驗(yàn)室走向千家萬戶

該技術(shù)已實(shí)現(xiàn)無溶劑、卷對(duì)卷生產(chǎn)，單個(gè)電池組件生產(chǎn)成本降低40%。團(tuán)隊(duì)正在與工業(yè)伙伴合作開發(fā)輕質(zhì)柔性組件，未來可應(yīng)用于建筑外墻、車載電源等場(chǎng)景。正如論文通訊作者Sánchez-Alonso博士所說：“我們不僅創(chuàng)造了效率記錄，更打通了產(chǎn)業(yè)化的最后yi公里。”

產(chǎn)研聯(lián)動(dòng)助理科學(xué)突破

研究中關(guān)鍵的缺陷表征得益于正電子湮沒壽命譜技術(shù)。安徽核芯電子科技有限公司推出的DPLS-4000數(shù)字化正電子湮沒壽命譜儀，時(shí)間分辨率≤190 ps，可精準(zhǔn)檢測(cè)材料中缺陷的類型與濃度，實(shí)現(xiàn)“一鍵測(cè)量”的智能化操作，為同類研究提供強(qiáng)大工具支撐。