研究揭示钙钛矿太阳能电池退化关键机制

近日，香港中文大学电子工程学系校长特聘副教授Martin Stolterfoht领导的一项合作研究，揭示了影响钙钛矿太阳能电池使用寿命的关键机制。这项工作为改善下一代太阳能电池寿命的新策略奠定了基础。相关论文发表于《自然-能源》。

目前，太阳能电池市场以传统硅基电池为主，占市场份额逾95%。相比硅基电池，基于钙钛矿的太阳能电池性能更佳，制造成本和碳足迹也更低，然而寿命却只有短短几年。这是实现钙钛矿太阳能电池大规模商业化一个最重要的技术障碍。

过去10年，科学家对钙钛矿太阳能电池退化机制进行了大量研究，希望有针对性地改善电池使用寿命。以往研究普遍认为，导致钙钛矿稳定性欠佳的主要原因包括电子缺陷、电极氧化、钙钛矿混合电子/离子半导体的性质，或在湿气和氧气下容易发生化学分解。

这项研究发现，设备长时间运行造成的损耗并不是钙钛矿太阳能电池退化的决定性因素。钙钛矿半导体受到外来刺激时，如暴露在光照下，会产生越来越多的移动离子。这些离子会屏蔽钙钛矿中的内置电场，反过来降低了光生电荷的提取效率，从而减少太阳能电池产生的电流。研究结果显示，离子场屏蔽是钙钛矿太阳能电池退化的幕后黑手。

研究团队表示，相关工作有望提高钙钛矿太阳能电池的稳定性，使其使用寿命接近25年的工业标准。

Stolterfoht说：“了解导致退化的因素将使我们能够制定延长电池寿命的新策略，并加快开发稳定性更佳的钙钛矿串联电池。例如，我们可以通过检测到的离子特性准确预测电池使用寿命，省去耗时数周至数月的稳定性测试步骤，从而加快研发速度。”

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41560-024-01487-w