鈣鈦礦太陽能電池技術在穩(wěn)定性方面實現(xiàn)了突破

導讀：由澳大利亞科學家開發(fā)的鈣鈦礦太陽能電池在世界上首創(chuàng)，通過了一系列熱濕測試，使用了一種低成本的解決方案，克服了阻礙該技術商業(yè)化的一些挑戰(zhàn)?？茖W家們使用一種簡單、低成本的聚合物玻璃覆蓋層來抑制鈣鈦礦細胞的分解。

由新南威爾士大學領導并與悉尼大學合作的一組科學家聲稱，在全球開發(fā)耐用的鈣鈦礦太陽能電池的競賽中，他們是世界第一，這種電池通常被稱為“下一代”太陽能光伏技術。作為邁向商業(yè)化的重要一步，該集團宣布其鈣鈦礦已通過嚴格的國際電工委員會熱和濕度測試標準。

科學家們對金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池進行了研究，這種電池取得了前所未有的進步，其能量轉換效率在短短10年內從3．8％提高到了25．2％。為了便于比較，科學家們花了大約40年的時間才使硅電池的轉化率達到了26．7％?！八鼈兎浅１阋耍裙璞?00倍，因此非常靈活和超輕。它們還具有巨大的能源利用特性和高太陽能轉換率，”悉尼大學納米科學約翰胡克講座的第一任教授Anita Ho－Baillie說。

然而，不受保護的鈣鈦礦細胞不具有硅基細胞的持久性，因此它們還沒有商業(yè)可行性。為了走出實驗室，鈣鈦礦需要承受由水分、熱量和光線造成的長期環(huán)境壓力。“鈣鈦礦電池需要與目前的商業(yè)標準相抗衡。這就是我們研究的令人興奮之處。我們已經(jīng)證明，我們可以大幅提高它們的熱穩(wěn)定性，”Ho－Baillie教授說。

這項研究由14名科學家撰寫，他們大多來自澳大利亞，今天發(fā)表在《科學》雜志上，詳細介紹了該團隊想出的低成本解決方案。研究人員使用氣相色譜－質譜聯(lián)用技術（GC－MS）鑒定了通常用于高性能電池的熱應力雜化鈣鈦礦的揮發(fā)性特征產物和分解途徑。使用這種方法，他們發(fā)現(xiàn)有機－無機鈣鈦礦太陽能電池封裝簡單和低成本聚異丁烯（合成橡膠）基或聚烯烴基聚合物－玻璃組合具有卓越的耐久性超過IEC61215：2016濕熱和濕度凍結試驗的要求。

研究人員能夠證實，低成本的聚合物－玻璃堆疊壓緊封裝是有效的抑制鈣鈦礦“出氣”，這一過程導致其分解。使用這種封裝方案，含多陽離子多鹵化鈣鈦礦的CH3NH3 （MA）太陽能電池在超過1800小時的濕熱試驗和75個循環(huán)30個濕度凍結試驗中首次超過IEC61215：2016標準的要求，遠遠超出了團隊的預期。

Ho－Baillie教授表示：“我們研究的另一個令人振奮的成果是，我們能夠在苛刻的國際電工委員會標準環(huán)境測試條件下穩(wěn)定鈣鈦礦電池。這些電池不僅通過了熱循環(huán)測試，而且還超過了濕熱和濕氣凍結測試的苛刻要求?！?/p>

據(jù)微鋰電小組分析，這些測試有助于確定太陽能電池模塊是否能夠經(jīng)受住戶外工作條件的影響，將它們暴露在反復循環(huán)的－40度到85度的溫度中，以及暴露在相對濕度為85％的環(huán)境中?！斑@些結果特別重要，因為在這項研究中使用的鈣鈦礦太陽能電池含有已知的熱穩(wěn)定性較低的MA陽離子。然而，這些細胞經(jīng)受住了最嚴酷的潮濕和熱應力的濕凍試驗，”研究論文總結道。