由加州大学洛杉矶分校研究人员和col联盟开发的制造工艺修复生产的薄膜钙钛矿太阳能电池的照片。鸣谢:加州大学洛杉矶分校萨缪利工程学院(UCLA Samueli School of Engineering)的陈志勇/加州大学洛杉矶分校材料科学家和来自世界各地其他五所大学的同事发现了钙钛矿太阳能电池(显示出提高能量转换效率的巨大前景)在阳光下退化的主要原因，这导致它们的性能随着时间的推移而下降。该团队成功演示了一个简单的制造调整，以修复退化的原因，为薄膜太阳能电池技术的广泛采用扫清了最大的障碍。一篇详细描述这些发现的研究论文发表在今天的《自然》杂志上。这项研究是由加州大学洛杉矶分校材料科学与工程教授杨杨领导的，他也是卡罗尔和劳伦斯·坦纳斯基金会的主席。共同第一作者是和黄天一，他们都是杨指导过的加州大学洛杉矶分校萨缪利分校的博士生。
钙钛矿是一组与矿物钙钛氧化物具有相同原子排列或晶体结构的材料。钙钛矿的一个亚组，金属卤化物钙钛矿，由于其在节能薄膜太阳能电池中的有前途的应用而具有很大的研究兴趣。
钙钛矿基太阳能电池的制造成本可以比硅基太阳能电池低得多，如果长时间暴露在光照下的退化问题能够得到妥善解决，太阳能技术将变得更加可行。
“钙钛矿型太阳能电池在阳光下的退化速度往往比硅电池快得多，所以从长远来看，它们将阳光转化为电能的效率会下降，”杨说，他也是加州大学洛杉矶分校加州纳米系统研究所的成员。“然而，我们的研究揭示了为什么会发生这种情况，并提供了一个简单的解决办法。这代表了钙钛矿技术商业化和广泛采用的重大突破。”
用于消除太阳能电池缺陷的常见表面处理包括沉积一层有机离子，使表面带太多负电荷。加州大学洛杉矶分校领导的团队发现，虽然这种处理旨在提高钙钛矿太阳能电池制造过程中的能量转换效率，但它也无意中创造了一个更富含电子的表面——一个携带能量的电子的潜在陷阱。
这种情况破坏了原子的有序排列，随着时间的推移，钙钛矿太阳能电池的效率越来越低，最终使它们对商业化没有吸引力。
凭借这一新发现，研究人员找到了一种解决细胞长期退化的方法，即通过将带正电荷的离子与带负电荷的离子配对进行表面处理。这种转换使表面更具电子中性和稳定性，同时保持了防缺陷表面处理的完整性。
该团队在实验室中测试了他们的太阳能电池在加速老化条件下和模拟阳光的24/ 7照明下的耐久性。在超过2000小时的时间里，这些电池设法保持了87%的原始太阳光到电能的转换性能。相比之下，在相同的时间和条件下测试后，没有修复的太阳能电池的性能下降到原来的65%。
“我们的钙钛矿太阳能电池是迄今为止报道的效率最稳定的电池之一，”谭说。“同时，我们还奠定了新的基础知识，社区可以在此基础上进一步开发和完善我们的多功能技术，以设计更稳定的钙钛矿太阳能电池。”
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