钙钛矿太阳能电池稳定性进一步提升
武汉加油
风雨同行 共克时艰
你吃过罐头食品吗，桃罐头、荔枝罐头、橘子罐头、肉罐头、鱼罐头等。基于新鲜食材保鲜时间有限，而为了把这些食材保存得更久，经过处理加工制成罐头是一种较好的方法，保存时间长，且还能绝大部分保留食物的原汁原味。
但大家听说过“阳光罐头”吗？为了保鲜和长期存储，阳光也可以制成罐头，这就是我们常说的太阳能电池及相关技术。从太阳能发展历史来看，光照射到材料上所引起的“光起电力”行为，早在19世纪就已发现。其后，各国科学家们对此的探索从未间断过，直至1954年美国贝尔实验室用半导体做实验时发现在硅中掺入一定量的杂质后对光更加敏感这一现象后，第一个太阳能电池由此诞生，开启了太阳电池技术时代。
太阳能电池，是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置，主要以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光伏反应。根据所用材料的不同，太阳能电池种类繁多，如硅太阳能电池、有机太阳能电池、多晶体薄膜太阳能电池等。而为了更好地利用太阳能，各类“保鲜”技术仍在不断研究探索中。
近日，中国西北大学、南京工业大学的研究人员，研究出高效稳定的二维层状钙钛矿太阳能电池，即通过增强层状分子间的作用力，增加了电池的稳定性，在光照下持续工作1000小时，电池的光电转化性能衰减低于15%，成为离子液体应用在钙钛矿领域的又一突破，相关成果已发表于《自然·光子学》。
该研究团队指出，要把阳光变成“阳光罐头”，首先需要把阳光转换成能够储存的状态——电，然后电能会被输送到储存装置中，供后续使用。太阳能电池的工作原理是一边接收阳光的能量一边将其转换成电能，因此可将太阳能电池看作是一个“光-电转换器”。
截至目前，国内外出现过不少种类的这种神奇的“转换器”，而他们研究的是目前学术界备受重视的层状钙钛矿太阳能电池。钙钛矿太阳能电池被认为是太阳能领域的后起之秀，与传统的硅基太阳能电池相比，它们可能更便宜、生产更简单，且在实验室较小尺寸状况下已显示出了较高的效率水平。
据介绍，层状钙钛矿电池三维结构看起来有点像“魔方”，以往层状钙钛矿电池一般持续工作500～800小时，性能就会衰减15%甚至更多。相比之下，此次的研究成果有效增加了这类太阳能电池的稳定性，延长了工作时间，使得此类太阳能电池距离真正投入使用又迈近了一步。
据了解，自2009年钙钛矿太阳能电池被纳入研究领域，其稳定性就比较差，经过几年的努力与探索，其稳定性有了很大提高，目前最好的稳定性已达10000小时。稳定性到底有多重要？该研究团队表示，钙钛矿太阳能电池要真正投入应用，稳定性、光电转化效率、大面积制造等许多问题都有待突破，无疑稳定性是其中一个很重要的方面。相对于硅电池25年的寿命要求，目前钙钛矿电池还差得很远，这也是我们一直要努力的方向。
该研究团队介绍说，以前层状钙钛矿材料太阳能电池的每一层之间的分子是“靠在一起”，这种不太紧密的作用力难以对抗水、热以及紫外光等的侵蚀，使层状钙钛矿电池很容易分解“罢工”；而此次研究中，他们想办法让那些分子紧紧地“抱在一起”，从而增强了分子间的作用力，继而增加了电池的稳定性。
而此次开发出的离子液体钙钛矿光伏技术，摒弃了传统高毒性、不稳定的极性非质子溶剂，在稳定性上取得了较大的进展，效率也逐渐与最高水平持平。另外，该研究团队还在进行一些大面积工艺方面的工作，希望能够为产业界提供一些想法和思路。