新加坡南洋理工團隊研發「選擇性模板生長」新方法，用惰性材料構鈣鈦礦電池保護層，突破技術瓶頸。1cm²電池原型效率25.1%、穩定性優異，成果發《Nature Energy》，正校企合作推進商業化。
NTU研發鈣鈦礦太陽能電池新策略
近日，NTU科學家團隊在鈣鈦礦太陽能電池技術領域取得關鍵突破。
提升鈣鈦礦太陽能電池穩定性研究團隊：（左起）南洋理工大學數理科學學院高級研究員葉森雲博士、材料科學與工程學院林英明教授、南大高級研究所所長兼理學院科研副院長岑子健教授、材料科學與工程學院研究員饒海霞博士。
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該團隊開發出「選擇性模板生長」（STG）新方法，成功利用化學惰性材料構築高性能保護層，既顯著提升電池的能量轉換效率，又大幅增強其環境穩定性。
來源：Nature Energy
相關研究成果已於2025年8月發表在國際頂級期刊《Nature Energy》，由NTU高級研究所所長、理學院科研副院長岑子健教授與材料科學與工程學院林英明教授共同領導完成，為鈣鈦礦太陽能電池邁向市場化應用奠定重要基礎。
核心突破
鈣鈦礦太陽能電池是矽基光伏技術的重要替代方案，但其核心瓶頸在於鈣鈦礦材料易受氧氣、濕氣、熱量及光照影響而降解，導致環境穩定性不足，難以大規模推廣。
可處理的潛在解決方案策略，用於在 3D 鈣鈦礦上生長 CI LD 介面。
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此前，行業普遍採用「高活性大體積陽離子」構築鈣鈦礦薄膜保護層：這類陽離子雖能快速與鈣鈦礦反應形成導電塗層，但高反應性使其自身穩定性差。
而「化學惰性大體積陽離子」雖兼具高穩定性與導電性，卻因反應活性低、溶解性受限，長期無法整合到電池結構中。
南大團隊的STG策略首次突破這一技術瓶頸——通過創新性的介面工程設計，成功將化學惰性材料應用於保護層構築，在「高穩定性」與「良好導電性」之間實現平衡，為鈣鈦礦器件介面設計開闢全新路徑。
岑子健教授表示：「這一策略解決了此前因反應活性和溶解性限制無法使用惰性材料的難題，是鈣鈦礦技術發展的重要里程碑。」
為實現惰性材料的有效整合，南大團隊設計了三步式STG技術流程：
STG策略背後的潛在機制。
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1.沉積模板層：首先在鈣鈦礦表面沉積苯基碘化鉛（PA₂PbI₄）層，該材料是行業內常用的鈣鈦礦保護材料，可初步提升電池基礎性能；
2.覆蓋反應溶液：通過旋塗工藝，將醇基PiEA²⁺溶液均勻覆蓋於PA₂PbI₄模板層表面；
3.陽離子交換：利用有機陽離子交換反應，使PiEA²⁺取代PA⁺，最終在鈣鈦礦表面形成更穩定的（PiEA）PbI₄超薄惰性保護層。
據介紹，該技術是岑教授與林教授十餘年科研合作的成果之一，其核心優勢在於「全溶液加工」——無需複雜設備，且與現有工業級大面積塗層技術（如刮塗法）完全兼容，為後續規模化生產降低成本。
性能驗證
基於STG策略，團隊研製出1平方厘米的鈣鈦礦太陽能電池原型，經測試展現出優異性能：
採用選擇性模板生長（STG）策略製備的1平方厘米鈣鈦礦太陽能電池原型（棕色矩形）。
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•轉換效率領先：功率轉換效率達到25.1%，躋身同類尺寸鈣鈦礦電池「迄今報道最高效率」行列；
•長期穩定性突出：在正常運行條件下持續1000小時後，仍保持初始效率的93%以上；在85℃高溫環境中放置1100小時後，效率保留率高達98%，遠超行業平均水平。
PSC的光伏性能。
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此外，STG策略具備「多功能擴展性」——除（PiEA）PbI₄介面層外，還可構建多種化學惰性介面，不僅適用於傳統鈣鈦礦電池，還可延伸至無鉛鈣鈦礦電池、鈣鈦礦發光二極體（LED）及光電探測器等領域。
林英明教授強調：「這一策略提供了可擴展的介面設計平台，將推動整個鈣鈦礦光電器件領域的技術升級。」
商業化進展
目前，南大研究團隊已啟動與企業的合作，重點推進「全尺寸鈣鈦礦太陽能電池板」的研發與製造，加速技術從實驗室走向實際應用。
業內人士指出，此次突破不僅解決了鈣鈦礦太陽能電池的穩定性痛點，更通過兼容工業化生產的技術設計，降低了商業化門檻。
隨著後續全尺寸產品的落地，鈣鈦礦光伏技術有望在分布式能源、可攜式光伏設備等場景快速普及，為全球可再生能源發展提供新選擇。
