澳洲科学家在钙钛矿太阳能电池稳定性方面取得突破

2020-05-26 17:00

导读：由澳大利亚科学家开发的钙钛矿太阳能电池在世界上首创，通过了一系列热湿测试，使用了一种低成本的解决方案，克服了阻碍该技术商业化的一些挑战。科学家们使用一种简单、低成本的聚合物玻璃覆盖层来抑制钙钛矿细胞的分解。

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由新南威尔士大学领导并与悉尼大学合作的一组科学家声称，在全球开发耐用的钙钛矿太阳能电池的竞赛中，他们是世界第一，这种电池通常被称为“下一代”太阳能光伏技术。作为迈向商业化的重要一步，该集团宣布其钙钛矿已通过严格的国际电工委员会热和湿度测试标准。

科学家们对金属卤化物钙钛矿太阳能电池进行了研究，这种电池取得了前所未有的进步，其能量转换效率在短短10年内从3．8％提高到了25．2％。为了便于比较，科学家们花了大约40年的时间才使硅电池的转化率达到了26．7％。“它们非常便宜，比硅薄500倍，因此非常灵活和超轻。它们还具有巨大的能源利用特性和高太阳能转换率，”悉尼大学纳米科学约翰胡克讲座的第一任教授Anita Ho－Baillie说。

然而，不受保护的钙钛矿细胞不具有硅基细胞的持久性，因此它们还没有商业可行性。为了走出实验室，钙钛矿需要承受由水分、热量和光线造成的长期环境压力。“钙钛矿电池需要与目前的商业标准相抗衡。这就是我们研究的令人兴奋之处。我们已经证明，我们可以大幅提高它们的热稳定性，”Ho－Baillie教授说。

这项研究由14名科学家撰写，他们大多来自澳大利亚，今天发表在《科学》杂志上，详细介绍了该团队想出的低成本解决方案。研究人员使用气相色谱－质谱联用技术（GC－MS）鉴定了通常用于高性能电池的热应力杂化钙钛矿的挥发性特征产物和分解途径。使用这种方法，他们发现有机－无机钙钛矿太阳能电池封装简单和低成本聚异丁烯（合成橡胶）基或聚烯烃基聚合物－玻璃组合具有卓越的耐久性超过IEC61215：2016湿热和湿度冻结试验的要求。

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研究人员能够证实，低成本的聚合物－玻璃堆叠压紧封装是有效的抑制钙钛矿“出气”，这一过程导致其分解。使用这种封装方案，含多阳离子多卤化钙钛矿的CH3NH3 （MA）太阳能电池在超过1800小时的湿热试验和75个循环30个湿度冻结试验中首次超过IEC61215：2016标准的要求，远远超出了团队的预期。

Ho－Baillie教授表示：“我们研究的另一个令人振奋的成果是，我们能够在苛刻的国际电工委员会标准环境测试条件下稳定钙钛矿电池。这些电池不仅通过了热循环测试，而且还超过了湿热和湿气冻结测试的苛刻要求。”

据微锂电小组分析，这些测试有助于确定太阳能电池模块是否能够经受住户外工作条件的影响，将它们暴露在反复循环的－40度到85度的温度中，以及暴露在相对湿度为85％的环境中。“这些结果特别重要，因为在这项研究中使用的钙钛矿太阳能电池含有已知的热稳定性较低的MA阳离子。然而，这些细胞经受住了最严酷的潮湿和热应力的湿冻试验，”研究论文总结道。