鈣鈦礦太陽能電池穩(wěn)定性獲極大提升
礦物樣品。圖片來源：杰夫·菲特洛/萊斯大學(xué)
當(dāng)?shù)貢r間13日，《科學(xué)》雜志封面發(fā)表一項來自美國萊斯大學(xué)的研究成果，介紹了一種將甲脒碘基鈣鈦礦（FAPbI3）合成為超穩(wěn)定、高品質(zhì)光伏薄膜的方法。在85℃的溫度下，經(jīng)過1000多個小時運(yùn)行，F(xiàn)APbI3太陽能電池的整體效率下降幅度不到3%。
研究人員表示，新方法實現(xiàn)了迄今最佳穩(wěn)定性能，關(guān)鍵是在FAPbI3前驅(qū)體溶液中添加了一些二維（2D）鈣鈦礦。這些鈣鈦礦可作為模板，引導(dǎo)塊狀或3D鈣鈦礦的生長，為晶格結(jié)構(gòu)提供額外的壓縮力和穩(wěn)定性。
研究人員解釋道，鈣鈦礦晶體有兩種破壞方式：化學(xué)上可破壞組成晶體的分子；結(jié)構(gòu)上可重新排列分子以形成不同的晶體。在用于太陽能電池的各種晶體中，化學(xué)性質(zhì)最穩(wěn)定的往往結(jié)構(gòu)最不穩(wěn)定，反之亦然。FAPbI3屬于結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的那種。
雖然2D鈣鈦礦在化學(xué)和結(jié)構(gòu)上都比FAPbI3更穩(wěn)定，但它們通常不太善于捕捉光線，因此不適合做太陽能電池材料。不過，研究人員推測，將2D鈣鈦礦作為生長FAPbI3薄膜的模板，可能會賦予后者穩(wěn)定性。為了驗證這一想法，他們開發(fā)了4種不同類型的2D鈣鈦礦，并用它們制作了不同的FAPbI3薄膜配方。
結(jié)果顯示，2D鈣鈦礦模板不僅提高了FAPbI3太陽能電池的效率，還提高了電池的耐用性。沒帶2D鈣鈦礦模板的太陽能電池在空氣中利用陽光發(fā)電兩天后會顯著降解，而帶有2D鈣鈦礦模板的太陽能電池即使在20天后也不會降解。在帶有2D鈣鈦礦模板的太陽能電池中添加封裝層，穩(wěn)定性將得到進(jìn)一步提高。
新研究可降低制造成本，使結(jié)構(gòu)簡化的太陽能電池板重量更輕、更靈活，可能會對光收集或光伏技術(shù)產(chǎn)生變革性影響。
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