美國能源部國家可再生能源實驗室（NREL）的研究人員發明出一種在環境中穩定、高效的鈣鈦礦太陽能電池，使得這項新興技術距離商業應用又近了一步。
在過去十年中，鈣鈦礦太陽能電池技術迅速演變成高熱門技術，現今已達到能將23%的太陽能轉化為電能的水平，但在保證設備長期使用的耐用性方面仍需大量工作。NREL用于測試的未封裝太陽能電池，它在電池的導電部件和元件之間沒有像玻璃一樣的保護性屏障。經測試，該電池在使用環境下連續工作1000小時后，轉換效率仍保持在起始效率的94%。這項研究結果被發表在《自然能源》雜志。
Joseph Luther,和Joseph Berry一起指導了題為“未封裝鈣鈦礦太陽能電池的定制界面使用超過1000小時的操作穩定性”的工作，他說：“測試過程中，我們特意對其施加比真實應用條件更惡劣的環境以加速它的老化。一般太陽能電池通常只有在太陽出現時才運行，然而在這種情況下，未封裝鈣鈦礦太陽能電池即使經過了連續1000小時的測試，也能夠全天候保證發電。”
雖然需要進行更多的測試來證明電池能夠在野外（太陽能電池板的典型壽命）中能使用20年或更長時間，但該研究成為確定鈣鈦礦太陽能電池比以前認為的更穩定的重要依據。
鈣鈦礦太陽能電池的典型設計是鈣鈦礦夾雜空穴運輸材料，一種參雜了鋰離子的名為spiro-OMeTAD的有機分子薄膜和由二氧化鈦制成的電子傳輸層組成。這種類型的太陽能電池的效率幾乎會很快下降20％，然后變得更加不穩定而下降的更快。
Luther表示：“我們正在努力消除太陽能電池中最薄弱的環節。”。研究人員推測，替換spiro-OMeTAD層可以阻止電池效率的初步下降。spiro-OMeTAD膜內的鋰離子會在整個裝置中不受控制地移動并吸收水分，離子的自由移動和水的存在導致電池衰退。科羅拉多礦業學院的Alan Sellinger開發了一種名為EH44的新分子，作為spiro-OMeTAD的替代品被摻入電池，因為它排斥水且不含鋰。Luther說：“這兩個好處使我們相信這種材料將是一個好的替代品。”
EH44作為頂層的使用解決了后來效率逐漸退化的問題，但并沒有解決電池效率初始快速下降。為此研究人員嘗試了另一種方法，用氧化錫（SnO2）替換了電池底層的TiO2。隨著EH44和SnO2以及鈣鈦礦材料和金屬電極的穩定替代，太陽能電池的效率保持穩定。實驗發現，新的SnO2層解決了在原始TiO2薄膜上沉積時鈣鈦礦層中出現的化學成分問題。
Luther總結說：“這項研究揭示了如何使電池效率更穩定，表明了在電池的衰退過程中不僅僅是鈣鈦礦層起到了作用，其他的每一個功能層都產生了重要影響。”
研究由美國能源部太陽能技術辦公室提供資金支持。
文章來自sciencedaily
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