钙钛矿通过了一项关键测试：在1000小时的高温高湿环境下，其性能仅下降5%

钙钛矿太阳能电池在光伏领域拥有诸多优势：极高的光能转电能效率、低成本制造的可能性以及轻质的结构。但有一个问题依然制约着它的未来发展：当这些电池离开实验室，面临高温和高湿环境时，还能保持多久的优异性能？

韩国能源研究院KIER的研究人员与UNIST大学合作，针对这一弱点取得了进展。他们的方案通过改进制造工艺，去除了那些最初有助于电池工作、但随后可能加速其老化的成分。

实验结果表明，在85℃和85%相对湿度的环境下运行1,000小时后，这些电池仍能保持初始效率的95%。发表在《Advanced Science》上的这项研究指出，测试是使用经过封装处理的电池进行的，也就是说这些电池具有抵御外部环境影响的保护结构。这一数据对于正确理解测试结果的范围非常重要。Wiley Online Library

这95%的数值并不意味着这些电池能够将几乎所有接收到的光能转化为电能，它只是表示电池相对于测试开始时的效率保持程度。通过新工艺获得的最高转换效率为25.24%，而采用传统方法并添加催化剂的参考电池的转换效率则为25.21%。两者差异极小，关键在于如何在不牺牲效率的前提下提升电池的耐久性。

去除残留锂元素以降低降解

这项研究聚焦于所谓的空穴传输层，它是光照射到电池时用于提取所产生的电荷的组成部分之一。在某些钙钛矿结构中，该层会利用锂盐及添加剂来提升其电学性能。但问题在于，这些成分中的某些也会降低材料的稳定性。

当温度和湿度上升时，添加剂可能会蒸发，在薄膜中留下微小的孔隙。这些缺陷会破坏各层之间的接触，进而导致性能下降。此外，锂离子还可能向器件内部移动，造成进一步的损害。那些原本有助于获得良好初始性能的因素，最终却会变成影响耐用性的问题。

该团队的解决方案是利用混合料制备过程中的必要反应，然后去除可能带来危害的成分。为此他们使用了氧化镍（NiOx）作为催化剂，它能捕获用于制备该层的溶液中的锂离子。

反应完成后，混合物会经过过滤处理。镍氧化物颗粒会连同附着在其上的锂离子一起被截留。这样，催化剂在制备过程中能发挥作用，但在形成最终涂层之前就会被去除。该方法还无需使用传统配方中的tBP添加剂。

这一想法很有意义，因为它探讨了电池退化现象的成因。除了通过封装保护电池免受外界影响外，它还致力于提升电池本身的稳定性。实验结果表明，可以在不牺牲将阳光转化为电能的能力的前提下去除这些成分。

对研究人员而言，这一进展也可能应用于串联太阳能电池，这类电池通过叠加不同材料来利用太阳光谱中的不同波段能量。钙钛矿在这些结构中具有巨大潜力，但如果其优势会因退化而过早消失，那么提高发电量也就缺乏商业价值。

不过，通过耐热耐湿测试并不等同于能证明该材料在屋顶上可长期使用。1,000小时的测试是在特定条件下的耐久性检验，无法直接换算为实际使用年限。此外还需验证这一技术如何应用于面积更大的组件以及具备竞争力的工业化生产中。

测试结果表明，钙钛矿材料既需要提升效率，也需要保持其性能。对于安装太阳能板的人来说，产品初期的表现很重要；而其在多年后仍能持续发电的能力则更为关键。

来源 | Advanced