氟化物从根本上改善了钙钛矿太阳能电池的稳定性

由钙钛矿制成的太阳能电池对太阳能的未来有很大希望。该材料便宜，易于生产，几乎与硅一样有效，硅是传统上用于太阳能电池的材料。然而，钙钛矿快速降解，严重限制了其效率和稳定性。来自埃因霍温科技大学，能源研究所DIFFER，北京大学和特温特大学的研究人员发现，在钙钛矿中加入少量氟化物会留下保护层，从而显着提高材料和太阳能电池的稳定性。在各种极端测试条件下运行1000小时后，太阳能电池可保持90%的效率。该研究结果发表在今天的主要科学期刊Nature Energy上。

因为它们制造起来非常便宜，所以钙钛矿太阳能电池一直是最近太阳能研究的核心。因此，它们的效率从2009年的不到4%上升到目前的24%以上，接近传统的硅电池。所谓的串联电池，结合硅和钙钛矿电池，效率超过28%。

尽管取得了这样的成功，但由于材料的性质和制造方式，钙钛矿具有许多缺陷。随着时间的推移，金属卤化物的原子结构中的空位在水分，光和热的影响下引发钙钛矿的降解。

保护层

埃因霍温，特温特和北京的研究人员通过在生产过程中添加少量氟化物，试验了一种新型钙钛矿。就像牙膏中的氟化物一样，氟离子在晶体周围形成保护层，防止有害缺陷的扩散。

“我们的工作大大提高了钙钛矿太阳能电池的稳定性，”TU / E和DIFFER应用物理系联合中心计算能源研究中心助理教授Shuxia Tao说。纸。“在极端光照和高温条件下，我们的电池在1000小时后保持90%的效率。这是传统钙钛矿化合物的数倍。我们实现了21.3%的效率，这是进一步提高效率的良好起点。 “

由于其高电导率，氟化物通过在材料表面上形成强氢键和离子键来稳定钙钛矿晶格。

埃因霍温团队的大部分工作都解释了为什么氟化物与其他卤素相比是如此有效的成分。他们使用计算机模拟得出结论，部分成功归功于氟离子的小尺寸和高电负性。元素的电负性越高，它就越容易吸引相邻元素的电子。这有助于氟离子与钙钛矿化合物中的其他元素形成强键，形成稳定的保护层。

未来的研究

该研究被视为未来成功实施钙钛矿太阳能电池的重要一步。但是，仍有许多工作要做。太阳能行业的黄金标准是在10到15年后保留率至少达到原始效率的85%，这一标准对于钙钛矿电池来说还有一段距离。

“我们预计这些细胞需要再过五到十年才能成为商业上可行的产品。我们不仅需要进一步提高其效率和稳定性，还需要对原子的相关机制有更好的理论认识。对于为什么某些材料在提高这些细胞的长期稳定性方面比其他材料更有效，我们仍然没有得到所有答案，“陶说。

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