第一作者兰迪·阿兹米(Randi Azmi)手握玻璃基板上的钙钛矿薄膜。鸣谢:阿卜杜拉国王科技大学随着全球可持续发展和清洁能源的大趋势影响着我们如何为地球的绿色未来制定能源战略，风能和太阳能等可再生技术成为研究的重点领域。在太阳能技术领域，钙钛矿太阳能电池(PSC)这一新兴领域在过去十五年中因其高功率转换效率(PCE)而广受欢迎。然而，在硅太阳能电池占主导地位的领域，这项相对较新的技术还必须满足另外两个关键要求才能成功商业化:稳定性和可扩展性。
在最近发表的科学论文“湿热-具有定制维度2D/3D异质结的稳定钙钛矿太阳能电池”中，KAUST研究人员报告了有史以来第一次成功的PSC光伏(PV)湿热测试的重要里程碑。
湿热测试是一种加速和严格的环境老化测试，旨在确定太阳能电池板承受长期暴露于高湿度渗透和高温的能力。测试在85%湿度和85摄氏度的受控环境下运行1000小时。它旨在复制多年的户外暴露，并评估腐蚀和分层等因素。
通过测试
测试的严格性符合商业化要求，即光伏技术必须为传统铝晶体硅模块提供25至30年的保修。为了通过测试，太阳能电池必须保持95%的初始性能。
在第一作者Randi Azmi的带领下，他们的研究必须克服封装PSC中的一个持久弱点，以防止包装泄漏。
通过薄膜涂层工艺应用，钙钛矿是敏感的，受湿度的影响很大。3D钙钛矿膜的这种脆弱性允许大气因素(例如湿气)的不希望的渗透，具有有限的耐热弹性。稳定对它们的运作至关重要。
KAUST的研究人员发现，设计和引入2D-钙钛矿钝化层可以阻挡水分，同时提高功率转换效率和寿命。
钙钛矿能代替硅吗？
钙钛矿的特殊性在于它是一种薄膜技术。与传统太阳能电池的情况一样，仍然需要由特定类型的材料制成的两个触点。一个收集电子，另一个收集带正电荷的“空穴”，代表没有电子。与硅晶片不同，钙钛矿墨水可以直接涂覆在玻璃基板上，结合反溶剂提取，然后进行热退火以使钙钛矿膜完全结晶。钙钛矿油墨基本上是在低温下(通常低于100摄氏度)由极性非质子溶剂中的盐混合物配制而成的。
一个显著的优点是，可以在不需要昂贵的设备和超过1000度的能源密集型环境的情况下制造前体材料，这对于更传统的半导体如硅来说是典型的。
“这是制造太阳能电池的一种非常简单的方法，”德·沃尔夫说。“虽然光电性能不是独一无二的，但它们非常出色。它们与非常高质量的传统半导体不相上下。这非常了不起。”
他说，通过改变成分，也有可能调整从紫外线到红外线的太阳光谱的光谱灵敏度。"这对于某些应用来说非常有吸引力."
在性能和稳定性之后，剩下的挑战是扩展。大多数太阳能电池的应用集中在公用事业规模的部门和屋顶板。虽然后者在沙特阿拉伯并不突出，但沙特正在实施的公用事业项目包括沙漠中的大型光伏发电场。
“市场是以硅为基础的，至少在未来20年内都是如此，”De Wolf说。KAUST光伏实验室主要致力于提高钙钛矿太阳能电池的性能，以推进更高效的“串联”解决方案，将传统硅和钙钛矿结合起来。
为此，他说目前的发现将大大有助于提高钙钛矿-硅叠层太阳能电池的可靠性。
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