与传统的硅太阳能电池相比，下一代太阳能材料的生产更便宜、更可持续，但在使设备足够耐用以承受现实条件方面仍然存在障碍。由国际科学家团队开发的一项新技术可以简化高效稳定的钙钛矿太阳能电池的开发，钙钛矿太阳能电池因其独特的晶体结构而得名，其擅长吸收可见光。

包括宾夕法尼亚州立大学教师NelsonDzade在内的科学家们在《自然能源》杂志上报告了他们制造更耐用的钙钛矿太阳能电池的新方法，该电池仍然实现了21.59%的阳光转化为电能的高效率。

约翰和威利·利昂大学能源和矿物工程助理教授Dzade表示，钙钛矿是一种很有前途的太阳能技术，因为与传统硅材料相比，这种电池可以在室温下制造，使用的能源更少，从而使它们的生产更便宜、更可持续。家庭能源与矿物工程系和该研究的合著者。

然而，科学家们表示，用于制造这些设备的主要候选材料——混合有机-无机金属卤化物——含有易受湿气、氧气和热量影响的有机成分，暴露在现实条件下可能会导致性能迅速下降。

一种解决方案是改用全无机钙钛矿材料，如碘化铯铅，它具有良好的电性能和对环境因素的卓越耐受性。然而，这种材料是多晶型的，这意味着它具有具有不同晶体结构的多个相。其中两个光敏相对太阳能电池有利，但它们在室温下很容易转化为不需要的非光敏相科学家们表示，

科学家们表示，科学家们将碘化铯铅的两种光活性多晶型物结合在一起，形成相异质结，可以抑制向不期望相的转变。异质结是通过堆叠不同的半导体材料形成的，就像太阳能电池中的层一样，具有不同的光电特性。太阳能设备中的这些结点可以定制，以帮助吸收更多的太阳能量并更有效地将其转化为电能。

“这项工作的美妙之处在于，它表明利用同一材料的两种多晶型物制造相异质结太阳能电池是可行的方法，”扎德说。“它提高了材料稳定性并防止两相之间的相互转换。两相之间形成相干界面使电子能够轻松地流过器件，从而提高功率转换效率。这就是我们在这项工作中所证明的。”

图示了一种新的两步技术，用于创建稳定且高效的下一代太阳能电池。图片来源：纳尔逊·扎德

研究人员制造的器件实现了21.59%的功率转换效率，是此类方法中报道的最高效率之一，并且具有出色的稳定性。Dzade表示，在环境条件下存储200小时后，这些器件仍保持了90%以上的初始效率。

“当从实验室扩展到现实世界的太阳能模块时，我们的设计对于面积超过7平方英寸(18.08平方厘米)的太阳能电池表现出18.43%的功率转换效率，”Dzade说。“这些初步结果凸显了我们的方法在开发超大型钙钛矿太阳能电池模块并可靠评估其稳定性方面的潜力。”

Dzade在原子尺度上对异质结的结构和电子特性进行了建模，发现将两个光敏相结合在一起会产生稳定且一致的界面结构，从而促进有效的电荷分离和转移，这是实现高效太阳能设备所需的特性。

韩国全南大学的Dzade同事开发了一种独特的双沉积方法来制造该器件——用热空气技术沉积一相，用三源热蒸发沉积另一相。韩国全南大学研究教授、该论文的主要作者萨万塔·马里(SawantaS.Mali)表示，在沉积过程中添加少量分子和有机添加剂进一步提高了器件的电性能、效率和稳定性。

约翰和威利·莱昂家族能源部能源和矿物工程助理教授NelsonDzade表示：“我们相信，我们在这项工作中开发的双沉积技术将对制造高效、稳定的钙钛矿太阳能电池产生重要影响。”和矿物工程，也是该研究的合著者。

研究人员表示，双重沉积技术可以为开发基于全无机钙钛矿或其他卤化物钙钛矿成分的其他太阳能电池铺平道路。研究人员表示，除了将该技术扩展到不同的成分之外，未来的工作还将包括使当前的相异质结电池在现实条件下更加耐用，并将其缩小到传统太阳能电池板的尺寸。

“通过这种方法，我们相信在不久的将来应该可以将这种材料的效率提高到25%以上，”Dzade说。“一旦我们做到了这一点，商业化就变得非常接近。”

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