日本國家材料科學(xué)研究所開發(fā)了一種耐用的鈣鈦礦型太陽能電池，面積僅為1平方厘米，能夠在陽光下以超過20%的光電轉(zhuǎn)換效率(即發(fā)電效率)連續(xù)發(fā)電1000多個小時。由于這種太陽能電池可以在大約100℃的溫度下在塑料材料表面制造，因此這項技術(shù)將能用于開發(fā)輕型、多功能的太陽能電池。

鈣鈦礦型太陽能電池被認(rèn)為是下一代太陽能電池，具有廣闊的應(yīng)用前景，因為它們比傳統(tǒng)太陽能電池更容易生產(chǎn)，且成本更低。然而，鈣鈦礦型太陽能電池也有缺點：當(dāng)它們與水分子反應(yīng)時很容易降解。事實證明，它們很難實現(xiàn)既耐用又高效。

大多數(shù)鈣鈦礦型太陽能電池都有相似的發(fā)電機(jī)制。當(dāng)鈣鈦礦層吸收陽光時，會產(chǎn)生電子和空穴。然后，這些電子和空穴分別遷移到相鄰的電子傳輸層和空穴傳輸層，它們在此處流動以產(chǎn)生電流。為了同時提高鈣鈦礦型太陽能電池的效率和耐用性，這些層和它們之間的界面需要使電子和空穴能夠更自由地通過，同時使界面不透水分子。

該研究團(tuán)隊在電子傳輸層和鈣鈦礦層之間的界面中添加了含有疏水氟原子(5F-phz)的肼衍生物。這種界面成功地阻止了穿透電子傳輸層的水分子與鈣鈦礦層接觸，從而提高了太陽能電池的耐久性。該界面的使用還減少了鈣鈦礦層表面形成的結(jié)晶缺陷的數(shù)量，這是導(dǎo)致發(fā)電效率下降的一個原因。此外，該團(tuán)隊在空穴傳輸層和鈣鈦礦層之間的界面添加了一種膦酸衍生物(MeO-2PACz)，最大限度地減少了空穴傳輸層中缺陷的形成，從而提高了太陽能電池的發(fā)電效率。

這項研究發(fā)表在最近的《先進(jìn)能源材料》上。今后，該團(tuán)隊還計劃創(chuàng)建可集成到界面中的分子數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行數(shù)據(jù)驅(qū)動的研究，設(shè)計可改善界面特性的分子，開發(fā)更高效、更耐用的鈣鈦礦太陽能電池。

【總編輯圈點】

鈣鈦礦型太陽能電池是利用鈣鈦礦型的有機(jī)金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料的電池。相比硅電池，它們的生產(chǎn)成本更低，更可持續(xù)。棘手的問題在于，鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性不夠，這制約了它的商業(yè)化。前不久，美國能源部國家可再生能源實驗室的研究人員構(gòu)建了一種具有高效和高度穩(wěn)定雙重優(yōu)點的鈣鈦礦太陽能電池，相關(guān)成果發(fā)表在《自然》上?？磥?，各國都在針對這一具有潛力的太陽能電池進(jìn)行優(yōu)化升級，以期把握住太陽能電池的未來。

關(guān)鍵詞： 鈣鈦礦型太陽能電池 多功能的太陽能電池 下一代太陽能電池 太陽能電池的效率和耐用性