鈣鈦礦太陽能電池穩定性獲極大提升

礦物樣品。圖片來源：杰夫·菲特洛/萊斯大學

當地時間13日，《科學》雜志封面發表一項來自美國萊斯大學的研究成果，介紹了一種將甲脒碘基鈣鈦礦（FAPbI3）合成為超穩定、高品質光伏薄膜的方法。在85℃的溫度下，經過1000多個小時運行，FAPbI3太陽能電池的整體效率下降幅度不到3%。

研究人員表示，新方法實現了迄今最佳穩定性能，關鍵是在FAPbI3前驅體溶液中添加了一些二維（2D）鈣鈦礦。這些鈣鈦礦可作為模板，引導塊狀或3D鈣鈦礦的生長，為晶格結構提供額外的壓縮力和穩定性。

研究人員解釋道，鈣鈦礦晶體有兩種破壞方式：化學上可破壞組成晶體的分子；結構上可重新排列分子以形成不同的晶體。在用于太陽能電池的各種晶體中，化學性質最穩定的往往結構最不穩定，反之亦然。FAPbI3屬于結構不穩定的那種。

雖然2D鈣鈦礦在化學和結構上都比FAPbI3更穩定，但它們通常不太善于捕捉光線，因此不適合做太陽能電池材料。不過，研究人員推測，將2D鈣鈦礦作為生長FAPbI3薄膜的模板，可能會賦予后者穩定性。為了驗證這一想法，他們開發了4種不同類型的2D鈣鈦礦，并用它們制作了不同的FAPbI3薄膜配方。

結果顯示，2D鈣鈦礦模板不僅提高了FAPbI3太陽能電池的效率，還提高了電池的耐用性。沒帶2D鈣鈦礦模板的太陽能電池在空氣中利用陽光發電兩天后會顯著降解，而帶有2D鈣鈦礦模板的太陽能電池即使在20天后也不會降解。在帶有2D鈣鈦礦模板的太陽能電池中添加封裝層，穩定性將得到進一步提高。

新研究可降低制造成本，使結構簡化的太陽能電池板重量更輕、更靈活，可能會對光收集或光伏技術產生變革性影響。