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香港城市大學領導的團隊發現，鈣鈦礦／硅單片串聯太陽能電池在反向偏壓條件下容易快速劣化的其中一個關鍵：鈣鈦礦層與 C60 電子傳輸層之間存在介電常數失配，導致界面電場突變。團隊從而設計出梯度介電層，令界面電場分佈更平滑，成功提升器件的效率與穩定性。研究成果已刊於《自然－能源》。

論文：

• https://www.nature.com/articles/s41560-026-02067-w

研究背景

鈣鈦礦／硅串聯太陽能電池被視為下一代高效光伏技術的重要方向，不過穩定性仍是最大挑戰之一，特別是在局部遮蔭等真實運行情況下，器件可能承受反向偏壓，即電壓方向與正常工作狀態相反。雖然過去已有研究關注反向偏壓損傷，但背後的界面機制及有效對策，仍未完全清楚。

研究成果

香港城市大學化學系朱宗龍教授團隊，聯同牛津大學、香港中文大學、深圳超強激光與先進材料技術重點實驗室以及業界單位等，系統研究了鈣鈦礦／硅單片串聯太陽能電池在反向偏壓下的失效過程。

團隊發現，問題的核心在於鈣鈦礦層與 C60 層之間的介電常數明顯不匹配，由於兩種材料儲存電能的能力不同，界面會出現電場不連續，進而造成能帶的異常彎曲，促使載流子隧穿電流增加，同時加快界面化學反應與鹵素離子聚集，最終導致器件在反向偏壓下快速擊穿與劣化。

為抑制這些效應，團隊提出梯度介電層策略，即在界面區域引入介電性質逐步變化的材料層，促使界面電場平滑分佈，修正異常的能帶彎曲，降低隧穿電流，抑制鹵素離子在界面積聚。

採用梯度介電層後，基於硅異質結架構的串聯電池效率達 34.18%（認證效率為 33.76%）；而基於隧道氧化層鈍化接觸（TOPCon）架構的器件效率則達 34.03%。器件在 −15 V 反向偏壓條件下持續 1000 小時後，仍能保持超過 92% 的初始效率。對於大面積多電池串聯結構，器件效率達 31.00%，且在模擬陰影應力下連續 1000 小時後，仍保持超過 90% 的初始性能。

研究團隊

論文共同第一作者為城大的 Lina Wang、Zexin Yu、Ning Wang 與 Chunlei Zhang。共同通訊作者為朱宗龍教授、牛津大學的 Ruy Sebastian Bonilla、正泰新能源研發中心的 Zijia Li、中大電子工程學系校長特聘副教授 Martin Stolterfoht 博士、深圳超強激光與先進材料技術重點實驗室的 Shuang Xiao。

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