科技日?qǐng)?bào)實(shí)習(xí)記者 張佳欣

日本國(guó)家材料科學(xué)研究所開發(fā)了一種耐用的鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池，面積僅為1平方厘米，能夠在陽(yáng)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(gè)小時(shí)。由于這種太陽(yáng)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(xiàng)技術(shù)將能用于開發(fā)輕型、多功能的太陽(yáng)能電池。

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池示意圖（左）、其結(jié)構(gòu)（中）和集成到其界面中的分子（右）。
圖片來(lái)源：日本國(guó)家材料科學(xué)研究所
鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池被認(rèn)為是下一代太陽(yáng)能電池，具有廣闊的應(yīng)用前景，因?yàn)樗鼈儽葌鹘y(tǒng)太陽(yáng)能電池更容易生產(chǎn)，且成本更低。然而，鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池也有缺點(diǎn)：當(dāng)它們與水分子反應(yīng)時(shí)很容易降解。事實(shí)證明，它們很難實(shí)現(xiàn)既耐用又高效。

大多數(shù)鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池都有相似的發(fā)電機(jī)制。當(dāng)鈣鈦礦層吸收陽(yáng)光時(shí)，會(huì)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?cè)诖颂幜鲃?dòng)以產(chǎn)生電流。為了同時(shí)提高鈣鈦礦型太陽(yáng)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(shí)使界面不透水分子。

該研究團(tuán)隊(duì)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(yáng)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(gè)原因。此外，該團(tuán)隊(duì)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(yáng)能電池的發(fā)電效率。

這項(xiàng)研究發(fā)表在最近的《先進(jìn)能源材料》上。今后，該團(tuán)隊(duì)還計(jì)劃創(chuàng)建可集成到界面中的分子數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的研究，設(shè)計(jì)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(yáng)能電池。

總編輯圈點(diǎn)：

鈣鈦礦型太陽(yáng)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(yáng)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(guó)能源部國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)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(diǎn)的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，相關(guān)成果發(fā)表在《自然》上?？磥?lái)，各國(guó)都在針對(duì)這一具有潛力的太陽(yáng)能電池進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，以期把握住太陽(yáng)能電池的未來(lái)。

責(zé)任編輯： 常麗君