钙钛矿太阳能电池的稳定性达到下一个里程碑

卤化物钙钛矿的材料类别被视为以更低的成本获得更多太阳能的巨大希望。这些材料非常便宜，可以用最少的能量输入加工成薄膜，并且已经实现了比传统硅太阳能电池高得多的效率。

目标：20 年户外稳定性

然而，太阳能组件有望在暴露于大温度波动的室外条件下提供至少 20 年的稳定输出。硅光伏很容易解决这个问题，而半有机钙钛矿的性能损失相当快。“阳光可以将光伏电池内部加热到 80 摄氏度;在黑暗中，电池会立即冷却到外部温度。这会在钙钛矿微晶薄层中引发巨大的机械应力，从而产生缺陷甚至局部相变，因此薄膜会失去其质量，”HZB 一个大型团队的负责人 Antonio Abate 教授解释说。

检查化学变化

他与他的团队和许多国际合作伙伴一起研究了一种化学变化，这种变化显着提高了钙钛矿薄膜在不同太阳能电池结构中的稳定性，其中包括 pin 结构，这种结构通常比更常见的效率低一些使用 nip 架构。

对抗压力的“软壳”

“我们优化了器件结构和工艺参数，在先前结果的基础上，最终可以用 b-poly(1,1-difluoroethylene) 或简称 b-pV2F 实现决定性的改进，”正在攻读博士学位的 Guixiang Li 说。由 Abate 教授指导。b-pV2F 分子类似于由交替偶极子占据的锯齿形链。“这种聚合物似乎像软壳一样包裹着薄膜中的单个钙钛矿微晶，形成了一种抵御热机械应力的缓冲层，”Abate 解释说。

引脚架构的效率创纪录 24.6%

事实上，扫描电子显微镜图像显示，在含有 b-pV2F 的细胞中，微小颗粒靠得更近一些。“此外，b-pV2F 的偶极链改善了电荷载流子的传输，从而提高了电池的效率，”Abate 说。事实上，他们在实验室规模上生产的电池效率高达 24.6%，这是 pin 架构的记录。

一年户外使用

新生产的太阳能电池在 +80 摄氏度和 -60 摄氏度之间进行了一百多个循环，并进行了 1000 小时的连续 1 个太阳等效光照。这相当于大约一年的户外使用时间。“即使在这些极端压力下，他们最终仍然达到了 96% 的效率，”Abate 强调说。这已经是正确的数量级了。如果现在可以进一步减少损失，钙钛矿太阳能组件在 20 年后仍然可以产生大部分原始输出——这个目标现在已经可以实现了。