美国能源部国家可再生能源实验室（NREL）的研究人员发明出一种在环境中稳定、高效的钙钛矿太阳能电池，使得这项新兴技术距离商业应用又近了一步。
在过去十年中，钙钛矿太阳能电池技术迅速演变成高热门技术，现今已达到能将23%的太阳能转化为电能的水平，但在保证设备长期使用的耐用性方面仍需大量工作。NREL用于测试的未封装太阳能电池，它在电池的导电部件和元件之间没有像玻璃一样的保护性屏障。经测试，该电池在使用环境下连续工作1000小时后，转换效率仍保持在起始效率的94%。这项研究结果被发表在《自然能源》杂志。
Joseph Luther,和Joseph Berry一起指导了题为“未封装钙钛矿太阳能电池的定制界面使用超过1000小时的操作稳定性”的工作，他说：“测试过程中，我们特意对其施加比真实应用条件更恶劣的环境以加速它的老化。一般太阳能电池通常只有在太阳出现时才运行，然而在这种情况下，未封装钙钛矿太阳能电池即使经过了连续1000小时的测试，也能够全天候保证发电。”
虽然需要进行更多的测试来证明电池能够在野外（太阳能电池板的典型寿命）中能使用20年或更长时间，但该研究成为确定钙钛矿太阳能电池比以前认为的更稳定的重要依据。
钙钛矿太阳能电池的典型设计是钙钛矿夹杂空穴运输材料，一种参杂了锂离子的名为spiro-OMeTAD的有机分子薄膜和由二氧化钛制成的电子传输层组成。这种类型的太阳能电池的效率几乎会很快下降20％，然后变得更加不稳定而下降的更快。
Luther表示：“我们正在努力消除太阳能电池中最薄弱的环节。”。研究人员推测，替换spiro-OMeTAD层可以阻止电池效率的初步下降。spiro-OMeTAD膜内的锂离子会在整个装置中不受控制地移动并吸收水分，离子的自由移动和水的存在导致电池衰退。科罗拉多矿业学院的Alan Sellinger开发了一种名为EH44的新分子，作为spiro-OMeTAD的替代品被掺入电池，因为它排斥水且不含锂。Luther说：“这两个好处使我们相信这种材料将是一个好的替代品。”
EH44作为顶层的使用解决了后来效率逐渐退化的问题，但并没有解决电池效率初始快速下降。为此研究人员尝试了另一种方法，用氧化锡（SnO2）替换了电池底层的TiO2。随着EH44和SnO2以及钙钛矿材料和金属电极的稳定替代，太阳能电池的效率保持稳定。实验发现，新的SnO2层解决了在原始TiO2薄膜上沉积时钙钛矿层中出现的化学成分问题。
Luther总结说：“这项研究揭示了如何使电池效率更稳定，表明了在电池的衰退过程中不仅仅是钙钛矿层起到了作用，其他的每一个功能层都产生了重要影响。”
研究由美国能源部太阳能技术办公室提供资金支持。
文章来自sciencedaily
化学慧纳米材料系列产品
