钙钛矿太阳能电池的稳定性达到下一个里程碑

钙钛矿半导体有望实现高效和低成本的太阳能电池。但是，半有机材料对温差非常敏感，在正常的户外使用中会很快导致疲劳损坏。将偶极聚合物化合物添加到前体钙钛矿溶液中有助于抵消这种情况。

现在，由HZB的Antonio Abate领导的国际团队在《科学》杂志上发表的一项研究中已经证明了这一点。以这种方式生产的太阳能电池的效率远高于24%，在-60至+80摄氏度之间的快速温度波动下，超过一百个周期，效率几乎不会下降。这相当于大约一年的户外使用。

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，可以用最小的能量输入加工成薄膜，并实现明显高于传统硅太阳能电池的效率。

目标：20年户外稳定性

然而，太阳能组件有望在室外条件下提供至少20年的稳定输出，同时暴露在较大的温度波动中。硅光伏很容易做到这一点，而半有机钙钛矿会很快失去性能。

“阳光可以将光伏电池内部加热到80摄氏度;在黑暗中，细胞立即冷却到外部温度。这会在钙钛矿微晶薄层中触发较大的机械应力，产生缺陷甚至局部相变，从而使薄膜失去质量，“HZB大型小组负责人Antonio Abate教授解释说。

他与他的团队和一些国际合作伙伴一起研究了化学变化，该变化显着提高了钙钛矿薄膜在不同太阳能电池架构中的稳定性，其中包括p-i-n架构，其效率通常略低于更常用的n-i-p架构。

对抗压力的“软壳”

“我们在先前结果的基础上优化了器件结构和工艺参数，最终可以使用b-聚(1，1-二氟乙烯)或简称b-pV2F实现决定性的改进，”正在Abate教授指导的博士李桂祥说。b-pV2F分子类似于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在薄膜中的单个钙钛矿微晶上，创造了一种对热机械应力的缓冲，”Abate解释说。

p-i-n 架构的创纪录效率：24.6%

事实上，扫描电子显微镜图像显示，在具有b-pV2F的细胞中，微小的颗粒依偎得更近一些。“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了效率高达24.6%的细胞，这是p-i-n架构的记录。

新生产的太阳能电池在+80摄氏度和-60摄氏度之间经历了一百多个循环，并连续1000小时连续1太阳等效照明。这相当于大约一年的户外使用。

“即使在这些极端压力下，他们最终仍然实现了96%的效率，”Abate强调说。这已经处于正确的数量级。如果现在可以进一步减少损耗，钙钛矿太阳能组件仍然可以在20年后产生大部分原始产量 - 这个目标现在已经可以实现。

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