近期,德国柏林亥姆霍兹中心(HZB)领导的科学家为钙钛矿材料开发了一种添加剂,该添加剂可以起到 " 缓冲 " 的作用,保护脆弱的钙钛矿晶体免受温度变化带来的压力。
钙钛矿半导体有望成为高效、低成本的太阳能电池,但作为半有机材料,钙钛矿太阳能电池对温差敏感,在正常的户外使用中会很快导致衰减、损坏。因此,这一领域的科学家们都不断致力于寻找提高稳定性的新方法。
HZB 一个大型研究团队的负责人 Antonio Abate 教授解释说," 阳光可以将光伏电池内部加热到 80 ℃;没有光照后电池立即冷却到环境温度。这会在钙钛矿薄层中引发巨大的机械应力,产生一些缺陷甚至局部相变,严重影响钙钛矿材料薄膜的质量。"
据报道,此次 HZB 的科学家们在钙钛矿电池稳定性研究中取得了 " 里程碑式进展 "。他们发现,在前体钙钛矿溶液中添加偶极聚合物材料有助于晶体结构的稳定,并能使电池效率远高于 24%,在 -60 至 +80 ℃进行 100 次热循环试验后性能几乎不会下降。
Abate 的团队和许多国际合作伙伴一起研究了不同钙钛矿太阳能电池结构,寻找如何显著提高稳定性的化学变化。经他们研究发现,p-i-n 架构的钙钛矿薄膜通常效率比更常用的 n-i-p 架构更好。最新研究成果已于近期发表在了《科学》杂志上。
Abate 解释说," 这种聚合物似乎包裹在薄膜中的单个钙钛矿微晶体上,就像一个软壳,可以帮助缓冲热机械应力。"
此外,在 25 ℃的模拟阳光照射 1000 小时后,这些电池保留了 96% 的初始性能,在 75 ℃下进行测试时保留了 88%。除了缓冲效应外,添加剂还显示出通过影响载流子的运输来提高电池的效率,使该小组创造了 p-i-n 器件效率记录。
未来,HZB 将致力于进一步降低随着时间的推移而损失的性能,使其达到商业设备所需的水平。