Helm holtz Institute Erlangen-Nuremberg，Forschungszentrum Jülich的一部分，赵毅成博士站在高通量研究设备前，手持钙钛矿太阳能电池和薄膜样品。信用:HI ERN/Kurt Fuchs perovskies是未来进一步提高太阳能组件效率的巨大希望。直到现在，它们短暂的使用寿命一直被认为是它们实际应用的最大障碍，但这种情况可能很快就会改变。在最新一期的《自然能源》杂志上，来自德国赫尔姆霍茨研究所的研究人员提出了一种因其特殊稳定性而引人注目的变体。在高温和超过1450小时的光照下运行的测试中，钙钛矿基电池保持了99%的初始效率。钙钛矿的一个特征是特殊的晶体结构。不同原子和分子的许多材料组合是可能的，其中一些表现出铁电、超导或光伏特性。虽然从19世纪初就知道了，但这类材料直到最近才被发现用于光伏。只需要10年的研究就能以前所未有的速度将效率提高到传统硅太阳能电池的水平。与硅晶体相比，钙钛矿有几个决定性的优势:它们可以容易地、经济地和以节能的方式生产。只有几百纳米厚的钙钛矿电池层也可以很好地应用于传统的硅电池。虽然硅基技术已经被认为是成熟的，但这种“串联太阳能电池”为进一步提高太阳能电池的效率提供了新的机会。
稳定性问题
“钙钛矿太阳能电池的致命弱点是耐用性低，”赫姆霍尔茨研究所埃尔兰根-纽伦堡(HI ERN)的克里斯托夫·布拉贝克教授解释道经典的硅模块相当耐用。即使在实际使用20多年后，它们的性能也几乎没有损失。“另一方面，由钙钛矿制成的太阳能电池通常在仅仅几天或几周之后就会失去效率。早期细胞确实可以被观察到老化，在实验室开灯后的几秒或几分钟内效率就会下降。
“另一方面，我们现在在《自然能源》上展示的太阳能电池以其非凡的稳定性给人留下深刻印象。布拉贝克说:“在长期测试中，平面钙钛矿太阳能电池的测量值无疑是有史以来最好的。被照亮的电池必须在实验室65摄氏度左右的高温下存活1450小时，并在整个测试期间保持较大的稳定性。最终，它仍有99%的初始效率。“长期预测总是困难的。但是我们现在开发的钙钛矿太阳能电池在正常情况下肯定可以运行超过20，000小时，”布拉贝克教授估计。
Helmholtz研究所埃尔兰根-纽伦堡实验室的钙钛矿太阳能电池和薄膜样品，该实验室是Forschungszentrum Jülich的一部分。信用:HI ERN / Kurt Fuchs通过高吞吐量取得成功
结果不是意外。为了寻找合适的材料，研究人员使用高通量方法系统地测试了数百种不同的钙钛矿混合物的适用性。研究人员用最好的来建造他们的细胞。“即使您只依赖于经过验证的成分，您也可以提出大量可能的成分，我们可以使用我们的方法自动生产和测试这些成分。在其他研究中，有时甚至更多，”赵一诚博士解释说，他在科学调查中发挥了关键作用。“这就是为什么我们需要使用系统的方法来确定最佳的材料组合。”
另一个重要的优化步骤涉及电池内钙钛矿的稳定接触，这是建立在几个薄层。通常用于接触电池的离子掺杂剂或金属氧化物纳米粒子在较高温度下倾向于经历二次反应。这种反应甚至会导致金属电极的腐蚀，HI ERN的研究人员通过测量和扫描电子显微镜证明了这一点。因此，接触和导电性在早期阶段会恶化。
赵一诚博士谈新型超耐用钙钛矿太阳能电池。(长度:1:22分钟)。信用:HI/Kurt Fuchs“为了提高接触点的稳定性，我们将整个电极封装在一种保护壳中，”赵说。一种新的双层聚合物结构，其底侧未掺杂，顶侧掺杂有非离子掺杂剂，防止降解并确保保持接触。一方面，这种架构保护了对钙钛矿非常敏感的界面，另一方面，它显示出异常稳定的导电性，即使在高温下也是如此。
未来，HI ERN的研究人员正致力于进一步提高效率。“测试电池的效率为20.9%，还没有充分发挥其潜力。24%到25%在不久的将来应该是可能的，”赵一诚解释说。
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