如何提高鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性？

有機／無機雜化的鈣鈦礦電池具有成本低、低溫柔性及易于大面積印刷等優(yōu)點，受到人們的廣泛關(guān)注。過去十年，鈣鈦礦電池的研究迅猛發(fā)展，其光電轉(zhuǎn)換效率已從初始的2．2％迅速提高到22．1％（圖1上），接近硅太陽能電池水平。大面積電池也發(fā)展迅速（圖2）。因此鈣鈦礦太陽能電池具有巨大的發(fā)展前景。

影響鈣鈦礦電池商業(yè)應(yīng)用的主要原因是其電池的穩(wěn)定性，目前鈣鈦礦電池僅能在使役條件下工作數(shù)月（圖1下），而傳統(tǒng)的硅電池能夠工作超過25年。因此，如何提高鈣鈦礦電池的穩(wěn)定性是目前這一領(lǐng)域最為重要的問題，各國科學(xué)家競相在這方面開展工作。應(yīng)《自然》（Nature）雜志的邀請，加州大學(xué)洛杉磯分校教授Yang Yang與中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所研究員游經(jīng)碧近期撰寫了題為Make perovskite solar cells stable 的評論文章（Yang Yang， Jingbi You， Nature， 544， 155－156 （2017））。

針對目前的研究進展，他們概括出了五種改善鈣鈦礦太陽電池穩(wěn)定性的手段

1） 調(diào)控鈣鈦礦材料的晶體結(jié)構(gòu)，通過少量摻雜提高鈣鈦礦材料的相穩(wěn)定性；

2）降低鈣鈦礦晶體缺陷，減少外界環(huán)境的滲透通道；

3）設(shè)計新的穩(wěn)定的鈣鈦礦材料；

4）采用穩(wěn)定的無機電荷傳輸層；

5）改善封裝工藝等。同時，他們呼吁投入更多的經(jīng)費和人力參與提高穩(wěn)定性的工作中來；

理論物理學(xué)家、材料化學(xué)家以及器件工程師應(yīng)緊密合作，開發(fā)與研制出新的穩(wěn)定的鈣鈦礦基太陽能材料及器件。此外，研究者們在報道器件穩(wěn)定性時必須采用統(tǒng)一的穩(wěn)定性測試標(biāo)準(zhǔn)。只有這樣，才能加快鈣鈦礦電池商業(yè)化進程，為人們所用。

圖1． （上） 過去十年鈣鈦礦電池發(fā)展效率的趨勢圖，（下） 鈣鈦礦電池穩(wěn)定性發(fā)展圖。

圖2． 大面積鈣鈦礦太陽能電池