【摘要】 科学指南针联合厦门大学在Science发表钙钛矿电池研究，通过分子压印退火策略解决稳定性难题。提供专业计算模拟服务。

2026年1月，科学指南针唯理计算团队与厦门大学张金宝教授团队、西安交通大学梁超教授团队合作，在顶级期刊《Science》上发表题为“Molecular press annealing enables robust perovskite solar cells”的研究论文。该研究通过分子压印退火策略，首次在原子尺度揭示钙钛矿电池退化机制，实现效率与稳定性的同步突破。科学指南针计算工程师肖远辉作为共同第一作者，深度参与计算模拟工作，彰显校企合作的科研价值。

科学指南针唯理计算团队肖远辉博士为共同一作

 

研究背景与行业挑战

钙钛矿太阳能电池作为新能源领域的关键方向，其产业化面临核心瓶颈：热退火过程中材料结构不稳定，导致效率衰减和寿命缩短。传统方法难以在分子层面实时调控缺陷，使得电池长期可靠性不足。本研究针对这一难题，提出创新性的分子压印退火（MPA）策略，为钙钛矿电池商业化提供新路径。

 

分子压印退火策略的核心突破

研究团队采用功能性分子2-吡啶乙胺（2-Pyy）作为“分子压印层”，在退火过程中贴附于钙钛矿表面，实现动态缺陷修复和晶格稳固。这一策略并非简单的事后修补，而是通过分子设计预防缺陷生成，从根本上提升材料稳定性。

关键创新点：

  • 实时修复机制：2-Pyy分子在退火温度下与钙钛矿表面互动，锁定不稳定位点

  • 能垒提升：计算显示，该策略显著提高碘空位及相关缺陷的形成能，抑制退化起点

  • 协同优化：分子配位由单齿向双齿转变，增强结合稳定性

 

计算模拟揭示原子尺度机制

实验表征局限在于宏观观测，无法直接捕捉分子动态行为。为此，团队运用第一性原理分子动力学（AIMD）计算，模拟高温退火过程，清晰揭示降解机理：

  • 碘空位（V_I）在高温下诱导Pb-I配位结构畸变，形成PbIₓ不稳定中间体

  • 该中间体进一步演化为热力学稳定的PbI₂，触发晶格崩塌

  • 2-Pyy分子优先与V_I附近不饱和Pb离子结合，通过双齿配位阻断退化链式反应

碘空位诱导钙钛矿退化的原子尺度机制及2-Pyy分子的稳定作用

计算结果不仅解释微观机制，还为实验方案提供理论指导，体现计算与实验的深度融合。

 

实验验证与性能成果

通过原位PL、XRD、XPS等多维度表征，MPA策略的有效性得到全面验证。器件性能实现显著提升：

  • 高效率表现：小面积电池（0.08 cm²）认证效率达26.5%，大面积模组（16 cm²）效率保持23%

  • 卓越稳定性：在85℃、60%湿度下连续工作1600小时，效率维持98%以上；常温存放5000小时无衰减

  • 标准符合性：结果符合ISOS-L-3和ISOS-D-1国际标准，具备产业化潜力

这些数据彰显MPA策略在实用场景中的优势，为钙钛矿电池的可靠性设立新标杆。

 

合作团队与致谢

本研究由多方机构协作完成，厦门大学、西安交通大学负责实验设计与器件制备，科学指南针唯理计算团队承担理论计算与模拟分析。论文致谢部分特别提到科学指南针的理论化学团队提供计算资源与技术支持。

团队在论文内致谢科学指南针

科学指南针唯理计算团队自2017年成立以来，持续参与前沿科研，曾获国家自然科学基金项目，并在《Advanced Energy Materials》等期刊发表纯计算论文。团队拥有来自顶尖院校的专家，服务全球超1000家高校与科研机构。

 

科学指南针计算服务支持

基于在钙钛矿等能源材料领域的积累，科学指南针为科研机构与企业提供专业模拟计算服务：

服务内容：

  • 第一性原理计算与分子动力学模拟

  • 材料缺陷分析与稳定性预测

  • 器件性能优化与逆向设计

  • 计算培训与超算资源支持

合作优势：

  • 资深计算工程师团队，具备顶刊发表经验

  • 国家超算互联网联合体资源，保障计算效率

  • 定制化方案设计，助力原创性成果产出

平台致力于通过计算驱动创新，推动新能源材料研发从经验导向迈向理性设计。