钙钛矿太阳能电池的稳定性达到下一个里程碑

钙钛矿半导体有望成为高效低成本的太阳能电池。然而，半有机材料对温差非常敏感，在正常的户外使用中会很快导致疲劳损坏。在前体钙钛矿溶液中添加偶极聚合物化合物有助于抵消这种情况。

现在，由HZB的安东尼奥·阿巴特(AntonioAbate)领导的国际团队在《科学》杂志上发表的一项研究表明了这一点。以这种方式生产的太阳能电池的效率远高于24%，在-60和+80摄氏度之间的快速温度波动下超过一百个周期后几乎不会下降。这相当于大约一年的户外使用时间。

卤化物钙钛矿的材料类别被视为以更低的成本获得更多太阳能的巨大希望。这些材料非常便宜，可以用最少的能量输入加工成薄膜，并实现比传统硅太阳能电池高得多的效率。

目标：20年户外稳定性

然而，太阳能组件有望在暴露于大温度波动的室外条件下提供至少20年的稳定输出。硅光伏很容易解决这个问题，而半有机钙钛矿的性能损失相当快。

“阳光可以将光伏电池内部加热到80摄氏度;在黑暗中，电池会立即冷却到外部温度。这会在钙钛矿微晶薄层中引发巨大的机械应力，从而产生缺陷甚至局部相变，因此薄膜会失去其质量，”HZB一个大型团队的负责人AntonioAbate教授解释道。

他与他的团队和许多国际合作伙伴一起研究了一种化学变化，这种变化显着提高了钙钛矿薄膜在不同太阳能电池结构中的稳定性，其中包括pin结构，这种结构通常比更常见的效率低一些使用nip架构。

“我们优化了器件结构和工艺参数，在先前结果的基础上，最终可以用b-poly(1,1-difluoroethylene)或简称b-pV2F实现决定性的改进，”正在攻读博士学位的GuixiangLi说。.D.由Abate教授指导。b-pV2F分子类似于由交替偶极子占据的锯齿形链。

“这种聚合物似乎像软壳一样包裹着薄膜中的单个钙钛矿微晶，形成了一种抵御热机械应力的缓冲层，”Abate解释说。

引脚架构的创纪录效率：24.6%

事实上，扫描电子显微镜图像显示，在含有b-pV2F的细胞中，微小颗粒靠得更近一些。“此外，b-pV2F的偶极链改善了电荷载流子的传输，从而提高了电池的效率，”Abate说。事实上，他们在实验室规模上生产的电池效率高达24.6%，这是pin架构的记录。

新生产的太阳能电池在+80摄氏度和-60摄氏度之间进行了一百多个循环，并进行了1000小时的连续1个太阳等效光照。这相当于大约一年的户外使用时间。

“即使在这些极端压力下，他们最终仍然达到了96%的效率，”Abate强调说。这已经是正确的数量级了。如果现在可以进一步减少损失，钙钛矿太阳能组件在20年后仍然可以产生大部分原始输出——这个目标现在已经可以实现了。

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