由多伦多大学应用科学与工程学院的研究人员组成的国际团队创造了一种钙钛矿太阳能电池，可以承受超过1,500小时的高温，这是这项新兴技术更接近商业应用的一个重要里程碑。

该团队的研究结果最近发表在《科学》杂志上。

“钙钛矿太阳能电池提供了新的途径来克服硅基技术的一些效率限制，硅基技术是当今的工业标准，”老爱德华·S·罗杰斯电气和计算机工程系的大学教授泰德·萨金特说，他最近加入了西北大学化学系以及电气和计算机工程系。

“但由于其数十年的领先优势，硅在某些领域仍然具有优势，包括稳定性。这项研究展示了我们如何缩小这一差距。”

传统太阳能电池由高纯度硅片制成，生产过程需要消耗大量能源。此外，它们只能吸收太阳光谱的某些部分。

相比之下，钙钛矿太阳能电池由多层纳米级晶体制成，使其更适合低成本制造方法。通过调整这些晶体的尺寸和成分，研究人员还可以调整它们吸收的光的波长。

还可以将钙钛矿层沉积在彼此的顶部，甚至沉积在硅太阳能电池的顶部，使它们能够利用更多的太阳光谱并进一步提高其效率。

在过去的几年里，萨金特实验室和其他实验室的进步已经使钙钛矿太阳能电池的效率达到了与硅可实现的相同范围内。然而，稳定性挑战受到的关注相对较少。

“我们希望在高温和高相对湿度下工作，因为这会让我们更好地了解哪些组件可能首先失效，以及如何改进它们，”萨金特实验室的博士后研究员、这项研究的三位共同主要作者之一SoMinPark说。

“我们结合了材料发现、光谱学和器件制造方面的专业知识，设计并表征了钙钛矿表面的新型表面涂层。我们的数据表明，正是这种由氟化铵配体制成的涂层增强了整个电池的稳定性。”

钙钛矿太阳能电池通常包含钝化层，该钝化层围绕光吸收钙钛矿层，并充当电子移动到周围电路的导管。

但根据其成分以及其暴露于热量和湿度的情况，钝化层可能会发生变形，从而阻碍电子流动。

“许多研究小组使用由大铵离子(一种含氮有机分子)制成的钝化层，”博士明阳魏说。毕业于电气与计算机工程系，目前是洛桑联邦理工学院的博士后研究员，也是该论文的共同第一作者。

“即使它们在室温下形成稳定的二维结构，这些钝化层也会在高温下降解，因为它们与下面的钙钛矿混合。我们所做的就是用3,4,5-三氟苯胺代替典型的铵离子。这种新的钝化层不会插入钙钛矿晶体的结构中，使其具有热稳定性。”

然后，该团队在85摄氏度的温度、50%的相对湿度、最大功率点跟踪和相当于全日光的照明条件下连续测量，测试了电池的性能。在论文中，他们报告了T85(电池性能下降至原始值85%所需的时间)为1,560小时。

“像这样的钙钛矿电池的典型值大约是500小时，”Park说。“有些团队报告了超过1,000小时的测量结果，但没有在如此高的温度下进行。我们的设计是一个很大的改进，看到它运行得这么好，我们真的很兴奋。”

Park表示，该团队的钝化层可以与其他创新技术(例如双结或三结设计)相结合，以进一步提高钙钛矿太阳能电池的性能。

“在完全复制硅的性能之前，我们还有很长的路要走，但过去几年该领域的进展非常迅速，”她说。

“我们正朝着正确的方向前进，这项研究有望为其他人指明前进的方向。”

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