钙钛矿太阳能电池的稳定性显着

美国能源部国家可再生能源实验室(NREL)的研究人员创造了一种环境稳定，高效的钙钛矿太阳能电池，使新兴技术更接近商业部署。

在过去的十年中，钙钛矿已经迅速发展成为一种有前途的技术，现在能够将约23%的阳光转化为电能，但仍需要工作才能使设备长期耐用以便长期使用。NREL的未封装太阳能电池 - 一种用于测试的电池，在电池的导电部件和元件之间没有像玻璃一样的保护屏障 - 在环境条件下连续使用1,000小时后，其起动效率达到94%。研究发表在Nature Energy上。

“在测试过程中，我们故意强调细胞比实际应用更加努力，以加速衰老，”Joseph Luther说道，他与Joseph Berry一起指导了题为“未封装的钙钛矿太阳能电池的定制接口> 1000”的工作运营稳定时间。“ “现场太阳能电池只在太阳出来时才运行。在这种情况下，即使经过1000个小时的测试，电池也能够在整个时间内发电。”

虽然需要更多的测试来证明细胞可以存活20年或更长时间，在现场(太阳能电池板的典型寿命)，这项研究代表了确定钙钛矿太阳能电池比以前认为更稳定的重要基准。

钙钛矿太阳能电池的典型设计将钙钛矿夹在空穴传输材料，称为spiro-OMeTAD的有机分子薄膜(掺杂锂离子)和由二氧化钛或TiO2制成的电子传输层之间。这种类型的太阳能电池效率几乎立即下降20%，然后随着变得更不稳定而稳步下降。

“我们要做的是消除太阳能电池中最薄弱的环节，”路德说。研究人员推测，更换spiro-OMeTAD层可以阻止细胞效率的最初下降。螺-OMeTAD薄膜内的锂离子不受控制地在整个装置内移动并吸收水分。离子的自由运动和水的存在导致细胞降解。一种新的分子，绰号为EH44，由科罗拉多矿业学院的艾伦·塞林格(Alan Sellinger)开发，是一种替代spiro-OMeTAD的分子，因为它可以排斥水并且不含锂。“这两个好处使我们相信这种材料将是一个更好的替代品，”路德说。

使用EH44作为顶层解决了后来更逐渐的降解，但没有解决细胞效率中出现的初始快速降低。研究人员尝试了另一种方法，这次将细胞的底层TiO2与氧化锡(SnO2)进行交换。随着EH44和SnO2的到位，以及钙钛矿材料和金属电极的稳定替代，太阳能电池效率保持稳定。实验发现，当沉积到原始TiO2薄膜上时，新的SnO2层解决了钙钛矿层中出现的化学组成问题。

“这项研究揭示了如何使设备更加稳定，”路德说。“它告诉我们，细胞中的每个层都可以在降解过程中发挥重要作用，而不仅仅是活性钙钛矿层。”