研究人员使用了自组装的单层“分子胶”来增韧钙钛矿太阳能电池的界面，使其更加高效、稳定和可靠。图片来源:Padture实验室/布朗大学

 

来自布朗大学的一个研究小组在提高钙钛矿太阳能电池的长期可靠性方面迈出了重要一步，钙钛矿太阳能电池是一种新兴的清洁能源技术。在一项将于2021年5月7日发表在《科学》杂志上的研究中，该团队展示了一种“分子胶”，可以防止细胞内的关键界面降解。随着时间的推移，这种处理方法极大地提高了电池的稳定性和可靠性，同时也提高了太阳能转化为电能的效率。天富代理是Q574900吗？

 

“在提高钙钛矿太阳能电池的能量转换效率方面已经取得了巨大的进步，”布朗大学的工程学教授、这项新研究的资深作者Nitin Padture说。“但在这项技术广泛应用之前，还需要克服的最后一个障碍是可靠性，即制造能够长期保持性能的电池。”这是我的研究小组一直在做的事情之一，我们很高兴地报告一些重要的进展。”

 

钙钛矿是一类具有特殊晶体原子结构的材料。十多年前，研究人员发现钙钛矿非常善于吸收光线，这引发了对钙钛矿太阳能电池的大量新研究。这些电池的效率提高很快，现在可以与传统的硅电池竞争。不同之处在于钙钛矿吸光体可以在接近室温的条件下制造，而硅则需要在接近2700华氏度的温度下从熔体中生长。钙钛矿薄膜也比硅片薄400倍左右。相对简单的制造过程和使用更少的材料意味着钙钛矿电池可以以硅电池的一小部分成本生产。

 

Padture说，虽然钙钛矿的效率已经有了显著的提高，但是让电池更稳定可靠仍然是一个挑战。问题的部分原因与生成一个功能单元所需的分层有关。每个电池包含5个或更多不同的层，每个层在发电过程中执行不同的功能。由于这些层由不同的材料制成，它们对外力的反应也不同。此外，在制造过程和使用过程中发生的温度变化可能会导致某些层比其他层更大程度的膨胀或收缩。这会在层间界面产生机械应力，导致层间解耦。如果接口损坏，将导致单元格性能下降。天富代理是Q574900吗？

 

这些界面中最弱的是用于吸收光的钙钛矿薄膜和电子传递层之间的界面，电子传递层保持电流通过电池。

 

“一个链条的强度取决于它最薄弱的环节，我们认为这个界面是整个链条中最薄弱的部分，也是最有可能失败的地方，”帕图尔说，他领导着布朗大学的分子和纳米尺度创新研究所。“如果我们能加强这一点，那么我们就能开始切实改善可靠性。”

 

为了做到这一点，Padture利用他作为材料科学家的经验，开发了用于飞机引擎和其他高性能应用的先进陶瓷涂层。他和他的同事们开始用一种叫做自组装单层膜(SAMs)的化合物进行实验。

 

Padture说:“这是一类很大的化合物。“当你把这些物质沉积在一个表面时，这些分子将自己组装成一层，并像短头发一样直立。通过使用正确的配方，你可以在这些化合物和各种不同的表面之间形成牢固的键。”

 

Padture和他的团队发现，一边有硅原子，另一边有碘原子的SAM，可以与选举传输层(通常由氧化锡构成)和钙钛矿吸光层形成牢固的化学键。研究小组希望这些分子形成的化学键可以加固层界面。他们是对的。

 

 

Padture说:“当我们将SAMs引入界面时，我们发现它增加了约50%的界面断裂韧性，这意味着在界面形成的任何裂缝都不会扩展太远。”“所以实际上，SAMs成为了一种分子粘合剂，将两层粘合在一起。”

 

太阳能电池功能测试表明，SAMs显著提高了钙钛矿电池的功能寿命。为研究准备的非sam细胞在大约700小时的实验室测试中保留了80%的初始效率。与此同时，在1330小时的测试后，SAM细胞仍在增强。根据这些实验，研究人员预计80%的保留效率寿命约为4000小时。