科学家开发新技术，提高倒置钙钛矿太阳能电池耐用性

一个国际研究团队开发了一种新技术用于提高倒置钙钛矿太阳能电池的耐用性，这是推动这种新兴光伏技术商业化的重要一步，可降低太阳能利用成本。相关论文日前发表在《科学》上。

所有光伏太阳能电池都依赖于半导体，从而将光能转化为电能。自20世纪50年代以来硅一直是太阳能电池的主要半导体材料。在寻找硅的替代品过程中，科学家利用钙钛矿的可调性制造出了与硅性质类似的半导体。

传统太阳能电池由极高纯度的硅晶圆制成，而钙钛矿太阳能电池由纳米级晶体制成。这些钙钛矿晶体可以分散到液体中，并使用低成本的成熟技术旋涂在表面。通过调节晶体薄膜的厚度和化学成分，就可以调节钙钛矿吸收光的波长。调到不同波长的钙钛矿层甚至可以堆叠在彼此之上，或堆叠在传统的硅太阳能电池之上，形成了能够吸收更多太阳光谱的“串联”电池。

“钙钛矿太阳能电池有潜力克服硅太阳能电池固有的效率限制。”加拿大多伦多大学工程学教授泰德·萨金特（Ted Sargent）表示，但钙钛矿仍然落后于硅的一个原因是长期耐用性。近年来，萨金特及其合作者在提高钙钛矿太阳能电池性能方面取得了一些进展，而其最新工作着眼于钙钛矿电池耐久性挑战。“在这项研究中，我们使用了一种合理的设计方法，以一种独特的新方式来解决这个问题。”

载流子是可以自由移动的带有电荷的物质微粒，论文作者Chongwen Li表示，钙钛矿太阳能电池的一个关键弱点是载流子传输层，也就是钙钛矿层和相邻层之间的界面。这些相邻层获得了流经电路的电子，如果钙钛矿层和这些层之间的化学键被光或热破坏，电子无法进入电路，就会降低电池的整体效率。为了解决这个问题，美国托莱多大学、华盛顿大学、美国西北大学以及加拿大多伦多大学的研究人员用计算机模拟预测哪种分子最适合在钙钛矿层和电荷传输层之间建立“桥梁”。

此前的研究表明，路易斯碱分子有助于在这些层之间形成牢固的化学键。此次研究人员通过模拟预测发现，含有磷元素的路易斯碱分子效果最好，一种名为“1,3-双（二苯基膦）丙烷”（英文别名DPPP）的化学物质性能最佳。他们设计了含有DPPP的倒置钙钛矿太阳能电池和不含DPPP的电池，实验表明，在没有额外加热的情况下，含有DPPP的钙钛矿电池整体功率转换效率保持在大约3500小时的水平。而过去的研究表明，钙钛矿太阳能电池在1500小时-2000小时后效率往往会显著下降。

该团队已为DPPP技术申请专利，商业太阳能电池制造商也对此感兴趣。研究人员表示，相比DPPP，可能还有更好的分子，他们最终希望钙钛矿太阳能电池能够在商业上与硅电池竞争，但还有很长的路要走。（ 张静）