钙钛矿太阳能电池稳定性获极大提升

矿物样品。图片来源：杰夫·菲特洛/莱斯大学

当地时间13日，《科学》杂志封面发表一项来自美国莱斯大学的研究成果，介绍了一种将甲脒碘基钙钛矿（FAPbI3）合成为超稳定、高品质光伏薄膜的方法。在85℃的温度下，经过1000多个小时运行，FAPbI3太阳能电池的整体效率下降幅度不到3%。

研究人员表示，新方法实现了迄今最佳稳定性能，关键是在FAPbI3前驱体溶液中添加了一些二维（2D）钙钛矿。这些钙钛矿可作为模板，引导块状或3D钙钛矿的生长，为晶格结构提供额外的压缩力和稳定性。

研究人员解释道，钙钛矿晶体有两种破坏方式：化学上可破坏组成晶体的分子；结构上可重新排列分子以形成不同的晶体。在用于太阳能电池的各种晶体中，化学性质最稳定的往往结构最不稳定，反之亦然。FAPbI3属于结构不稳定的那种。

虽然2D钙钛矿在化学和结构上都比FAPbI3更稳定，但它们通常不太善于捕捉光线，因此不适合做太阳能电池材料。不过，研究人员推测，将2D钙钛矿作为生长FAPbI3薄膜的模板，可能会赋予后者稳定性。为了验证这一想法，他们开发了4种不同类型的2D钙钛矿，并用它们制作了不同的FAPbI3薄膜配方。

结果显示，2D钙钛矿模板不仅提高了FAPbI3太阳能电池的效率，还提高了电池的耐用性。没带2D钙钛矿模板的太阳能电池在空气中利用阳光发电两天后会显著降解，而带有2D钙钛矿模板的太阳能电池即使在20天后也不会降解。在带有2D钙钛矿模板的太阳能电池中添加封装层，稳定性将得到进一步提高。

新研究可降低制造成本，使结构简化的太阳能电池板重量更轻、更灵活，可能会对光收集或光伏技术产生变革性影响。