钙钛矿电池可保持稳定 2 个月

德国团队展示了太阳能电池如何在1450小时的高温和光照下保持99%的初始效率

在最新一期的《自然能源》杂志上，来自德国 Forschungszentrum Jülich 大学的赫尔姆霍茨研究所（Helmholtz Institute） Erlangen-Nuremberg 的研究人员展示了一种钙钛矿变体，该变体因其特殊的稳定性而引人注目。

在超过 1450 小时（2 个月）的高温和光照测试中，基于钙钛矿的电池保留了其初始效率的 99%。

“钙钛矿太阳能电池的致命弱点是它们的耐用性差，”位于 Forschungszentrum Jülich 的 Helmholtz Institute Erlangen-Nuremberg (HI ERN) 的 christoph Brabec 解释说。 “经典的硅模块非常耐用。即使在实际使用 20多年后，它们的性能也几乎没有下降。”另一方面，由钙钛矿制成的太阳能电池通常在几天或几周后就会失去效率。早期的电池确实可以被观察到老化，在实验室中打开灯几秒钟或几分钟内，效率就会下降。

“另一方面，我们现在在 《自然能源》杂志（Nature Energy） 中展示的太阳能电池以其卓越的稳定性而令人印象深刻。在长期测试中，这些数值无疑是平面钙钛矿太阳能电池有史以来最好的测量值之一，”Brabec 说。

照明电池必须在实验室中 65℃左右的高温下存活 1450 小时，并且在整个测试期间基本保持稳定。最终，它仍然具有初始效率的 99%。 “长期预测总是很困难。但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，”Brabec估计。

通过高通量获得成功

结果绝非偶然。在寻找合适的材料时，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。然后研究人员使用其中最好的来构建他们的电池。

“即使你只依赖已证实的成分，你也会产生大量可能的成分，我们可以用我们的方法自动生产和测试。在其他研究中，有时甚至有更多的成分。”在科学研究中发挥关键作用的Yicheng Zhao解释道。“这就是为什么我们需要使用系统方法来确定最佳材料组合的原因。”

另一个重要的优化步骤涉及电池内钙钛矿的稳定接触，它由几个薄层构成。通常用于接触电池的离子掺杂剂或金属氧化物纳米颗粒在较高温度下往往会发生二次反应。这种反应甚至会导致金属电极的腐蚀，正如 HI-ERN 的研究人员能够通过测量和扫描电子显微镜证明的那样。因此，接触和导电性在早期阶段会恶化。

“为了提高接触点的稳定性，我们将整个电极包装在一种保护壳中，”Zhao说。一种新的双层聚合物结构，底部未掺杂，顶部掺杂非离子掺杂剂，可防止降解并确保保持接触。一方面，这种结构保护了与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。

对于未来，HI-ERN 研究人员现在的目标是进一步提高效率。 “20.9% 的效率，被测试的电池还没有完全发挥潜力。在不久的将来，24%到25%应该是可能的，”Yicheng Zhao 解释说。

参考文献

'A bilayer conducting polymer structure for planar perovskite solar cells with over 1,400 hours operational stability at elevated temperatures' byYicheng Zhao et al; Nature Energy, December 16th 2021

声明：本篇文章属于原创，拒绝转载，如果需要转载，请联系我们，联系电话：0755-25988571。