日本國家材料科學研究所開發(fā)了一種耐用的鈣鈦礦型太陽能電池，面積僅為1平方厘米，能夠在陽光下以超過20%的光電轉(zhuǎn)換效率（即發(fā)電效率）連續(xù)發(fā)電1000多個小時。由于這種太陽能電池可以在大約100℃的溫度下在塑料材料表面制造，因此這項技術(shù)將能用于開發(fā)輕型、多功能的太陽能電池。

鈣鈦礦太陽能電池示意圖（左）、其結(jié)構(gòu)（中）和集成到其界面中的分子（右）。

圖片來源：日本國家材料科學研究所

鈣鈦礦型太陽能電池被認為是下一代太陽能電池，具有廣闊的應用前景，因為它們比傳統(tǒng)太陽能電池更容易生產(chǎn)，且成本更低。然而，鈣鈦礦型太陽能電池也有缺點：當它們與水分子反應時很容易降解。事實證明，它們很難實現(xiàn)既耐用又高效。

大多數(shù)鈣鈦礦型太陽能電池都有相似的發(fā)電機制。當鈣鈦礦層吸收陽光時，會產(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，它們在此處流動以產(chǎn)生電流。為了同時提高鈣鈦礦型太陽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，同時使界面不透水分子。

該研究團隊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，這是導致發(fā)電效率下降的一個原因。此外，該團隊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，從而提高了太陽能電池的發(fā)電效率。

這項研究發(fā)表在最近的《先進能源材料》上。今后，該團隊還計劃創(chuàng)建可集成到界面中的分子數(shù)據(jù)庫，進行數(shù)據(jù)驅(qū)動的研究，設(shè)計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能電池。

總編輯圈點：

鈣鈦礦型太陽能電池是利用鈣鈦礦型的有機金屬鹵化物半導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，美國能源部國家可再生能源實驗室的研究人員構(gòu)建了一種具有高效和高度穩(wěn)定雙重優(yōu)點的鈣鈦礦太陽能電池，相關(guān)成果發(fā)表在《自然》上。看來，各國都在針對這一具有潛力的太陽能電池進行優(yōu)化升級，以期把握住太陽能電池的未來。