最前线 - 钙钛矿太阳能电池研究新进展：提升使用寿命，或破解商业化难题

文 | 雪小顽

编辑 | 苏建勋

当下热门赛道钙钛矿太阳能电池，在通往商业化的道路上获得了最新的技术突破。

一个国际研究团队通过一种合理的设计方法，可以提高钙钛矿太阳能电池的长期耐用性，将电池的实验室寿命从原来的1500至2000小时延长到超3500小时，解决制约电池的续航寿命问题，进而找到一条降低太阳能发电成本、实现技术商业化的途径。

研究小组成员包括来自多伦多大学、西北大学、托莱多大学和华盛顿大学的科学家，该项成果已经发表在2月17日出版的《科学》（Science）杂志上。

2月17日《科学》（Science）杂志封面。来源：Science官网

一直以来，稳定性和耐用性是困扰钙钛矿电池走向规模化商用的重点难题，令其在短期内难以替代传统的晶硅太阳能电池。在2022年的一项相关研究中，科学家们利用“倒置”架构提高了钙钛矿电池的稳定性和转化率，而近日这项研究则进一步攻关耐用性。

影响钙钛矿电池性能的一个关键点，是钙钛矿层和相邻层之间的“界面”，研究者称其为“载流子传输层”——一旦这个界面被破坏，相邻层收到的电子就无法进入电路，会导致电池的整体效率降低。因此，如何在各层之间形成牢固结合的化学键、建立起坚固的“桥梁”是技术需要突破的重点。

针对这一问题，研究团队使用了基于密度泛函理论（DFT）的计算方式，模拟预测出了什么样的分子最适合在钙钛矿层和传输层之间建立“桥梁”。

以前的研究成果表明，路易斯碱分子可以帮助各层之间建立强结合。在此基础上，团队研究尝试了多种含磷分子，找到了新的突破口——一种含有磷元素的路易斯碱分子——1,3-双（二苯基膦）丙烷（DPPP）。

电池样品。来源：多伦多大学

具体实验中，研究人员分别设置了经过DPPP处理和未经DPPP处理的两组钙钛矿电池，用与室外太阳光强度相似的光去不间断地照亮它们。对比测试发现，含有DPPP的钙钛矿电池在模拟阳光照射等相同条件下，连续运行超过3500小时或145天后，仍可以保持高水平的功率转换效率。

论文第一作者李崇文在接受媒体采访时表示，在以往发表的文献中，钙钛矿太阳能电池在1500到2000小时后，效率往往会大幅下降，所以这次能够连续运行超过3500小时后不降低整体效率，是一个很大的进步。走出实验室，新进展可以提升新兴太阳能电池技术在户外运行期间的耐用性。

李崇文手拿钙钛矿太阳能电池样品。来源：myscience

该团队已经为DPPP申请了技术专利。在研究人员看来，DPPP是一种商业化产品，成本低，易获得，有助于推动钙钛矿太阳能电池实现商用。他们正在进一步将其成果应用于大面积钙钛矿太阳能电池板，并将原型设备推向商业化，希望钙钛矿电池能够在商业上与当前已经相对成熟的硅基电池形成竞争，成为低成本、高效率的硅替代品。

目前，一些商用太阳能电池制造商对这项最新的研究成果也很感兴趣。但在科研热情、资本和厂商热捧的背后，距离新兴技术真正落地的愿景，或许还有一段漫长的爬坡。