一个由多伦多大学应用科学与工程学院的研究人员组成的国际团队，开发出一种钙钛矿太阳能电池，能够承受超过1500小时的高温，这标志着这项新兴技术向商业应用迈出了重要一步。
该团队的研究成果最近在《科学》杂志上发表。
“钙钛矿太阳能电池为克服硅基技术的一些效率限制提供了新的可能性，而硅基技术是当前的工业标准，”泰德·萨金特(Ted Sargent)表示，他是爱德华·s·罗杰斯大学电气和计算机工程系的教授，最近加入了西北大学化学、电气和计算机工程系。
“然而，由于硅在某些领域的长期优势，特别是在稳定性方面，仍然占据主导地位。这项研究展示了我们如何缩小这一差距。”
传统太阳能电池是由高纯度硅片制成的，而这种硅片的生产过程非常耗能。此外，它们只能吸收太阳光谱的特定部分。
相比之下，钙钛矿太阳能电池由纳米级晶体层构成，使其更适合低成本的生产方式。通过调整这些晶体的大小和成分，研究人员能够调节其吸收的光波长。
钙钛矿层还可以相互叠加，甚至可以沉积在硅太阳能电池上，从而使其能够利用更广泛的太阳光谱，进一步提升效率。
在过去几年中，萨金特的实验室及其他实验室的进展使钙钛矿太阳能电池的效率达到了与硅电池相当的水平。然而，稳定性问题的关注相对较少。
“我们希望在高温和高湿度下进行测试，以便更好地了解哪些组件可能首先失效，以及如何改进它们，”萨金特实验室的博士后研究员、该研究的三位共同主要作者之一苏敏·帕克(So Min Park)表示。
“我们结合了在材料发现、光谱学和设备制造方面的专业知识，设计并表征了钙钛矿表面的新涂层。我们的数据表明，这种由氟化铵配体制成的涂层显著增强了整个电池的稳定性。”
钙钛矿太阳能电池通常包含一个钝化层，包围着吸收光的钙钛矿层，并作为电子进入周围电路的通道。
然而，钝化层的成分以及其暴露在热量和湿度下的情况，会导致其变形，从而阻碍电子的流动。
“许多团队使用由大块铵离子（含氮有机分子）制成的钝化层，”电子和计算机工程系的博士研究生魏明阳说，他目前在École洛桑理工学院担任博士后，并且是该论文的共同第一作者。
“尽管这些钝化层在室温下形成稳定的二维结构，但由于与底层钙钛矿的混合，它们在高温下会降解。我们所做的就是用3,4,5-三氟苯胺替代典型的铵离子。这种新的钝化层不会嵌入钙钛矿晶体的结构中，从而提高了其热稳定性。”
随后，研究小组在85摄氏度、50%相对湿度、最大功率点跟踪和相当于完全阳光的照明条件下，使用连续测量测试电池性能。在论文中，他们报告了t85——电池性能下降到原始值的85%所需的时间——为1560小时。
“像这样的钙钛矿电池的典型值大约是500小时，”帕克说。“有些团队报告了超过1000小时的测量，但没有在如此高的温度下。我们的设计是一个巨大的改进，我们非常高兴看到它的表现如此出色。”
帕克表示，该团队的钝化层可以与其他创新结合，例如双结或三结设计，以进一步提升钙钛矿太阳能电池的性能。
“在完全复制硅的性能之前，我们还有很长的路要走，但在过去几年中，这一领域的进展非常迅速，”她说。
“我们正朝着正确的方向前进，这项研究有望为其他人指明前进的方向。”
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