日本產業技術綜合研究所(AIST)開發了一項可顯著提升鈣鈦礦太陽電池耐久性的技術。此方法透過將添加於電洞傳輸層(HTL)之有機分子結構予以最佳化,成功抑制高溫劣化。在戶外曝曬測試中,試作電池仍可維持初始發電效率,顯示其已具備承受夏季高溫環境的能力。
AIST將電洞傳輸層中原本使用的4-叔丁基吡啶(4-tert-butylpyridine),改為2-苯基吡啶(2-Phenylpyridine)與3-苯基吡啶(3-Phenylpyridine)。吡啶為含氮六元環結構,在高溫條件下,分子傾向沿氮原子方向發生熱擴散,導致電洞傳輸層內產生空隙,進而降低電池性能。
為解決此問題,研究團隊設計出具有「傾斜結構」的有機分子。相較於4-叔丁基吡啶在氮方向上呈直線延伸,苯基吡啶分子則在該方向呈現約60度或120度的偏轉,使分子主體相對於擴散方向呈斜向排列。此結構可有效抑制熱擴散行為,減少空隙生成,從而提升材料穩定性。
在85℃、2,400小時的耐熱測試中,2-苯基吡啶與3-苯基吡啶分別維持初始效率的104%與101%,顯示幾乎無性能衰減,甚至略有提升。此外,在長期戶外曝曬測試中亦未觀察到明顯性能下降,驗證此項技術在實際環境下的耐久性。透過此次研究成果可知透過分子結構設計將電洞傳輸層材料最佳化,能有效提升鈣鈦礦太陽電池的熱穩定性與實用可靠度,為其邁向商業化應用提供關鍵技術支援。