休斯顿，我们有办法了：太阳能电池的缺陷在太空真空中被太阳治愈

澳大利亚研究人员的研究表明，在低地球轨道上受到质子辐射破坏的过氧化物太阳能电池，通过在热真空中退火，可以完全恢复其原有效率。这一过程是通过对空穴传输材料（HTM）的精心设计实现的，空穴传输材料是将光产生的正电荷转移到电池电极上的一种元件。

澳大利亚研究人员发现，被质子辐射损坏的过氧化物太阳能电池可以通过热真空退火完全恢复其效率。研究小组通过精心设计空穴传输材料，开创性地使用新型光谱技术和超薄蓝宝石衬底，实现了这一创举。

这个多学科项目开创性地使用了热导纳光谱（TAS）和深层瞬态光谱（DLTS）来分析质子辐照和热真空回收过氧化物太阳能电池（PSCs）中的缺陷。该研究还首次采用了与高功率重量比兼容的超薄蓝宝石衬底，使其适用于商业应用。

相关成果最近发表在《先进能源材料》杂志上。

轻质 PSC 具有制造成本低、效率高和辐射硬度高等优点，是为低成本太空硬件供电的有力候选材料。以前对 PSC 的质子辐照研究都是在厚度超过 1 毫米的较重基底上进行的。在这里，为了利用高功率重量比的优势，悉尼大学的研究小组使用了 0.175 毫米的超薄抗辐射和光学透明蓝宝石衬底。该项目由 Anita Ho-Baillie 教授领导，她也是 ARC 激子科学卓越中心的副研究员。

利用澳大利亚国立科学与技术研究院加速器科学中心（CAS）的高能重离子微探针，将电池置于七兆赫电子伏特（MeV）质子的快速扫描铅笔束中，模拟太阳能电池板在低地球轨道（LEO）卫星上围绕地球运行数十至数百年时所受到的质子辐射。

结果发现，采用流行的 HTM 和 HTM 中流行的掺杂剂的电池类型的耐辐射性比竞争对手差。这种 HTM 是 2,2′,7,7′-四[N,N-二（4-甲氧基苯基）氨基]-9,9′-螺二芴（Spiro-OMeTAD）化合物，而掺杂剂是双（三氟甲烷磺酰）亚胺锂（LiTFSI）。通过化学分析，研究小组发现，质子辐射诱导的 LiTFSI 中的氟扩散会给过氧化物光吸收体表面带来缺陷，随着时间的推移，这可能会导致电池降解和效率下降。

领衔作者 Shi Tang 博士说："多亏了 Exciton Science 公司提供的支持，我们才获得了研究电池缺陷行为的深层次瞬态光谱能力。"

研究小组能够确定，不含螺-OMeTAD 和 LiTFSI 的电池不会出现与氟扩散相关的损伤，质子辐射引起的降解可以通过真空热处理逆转。这些抗辐射电池采用聚[双（4-苯基）（2,5,6-三甲基苯基）（PTAA）或 PTAA 和 2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b][1]苯并噻吩（C8BTBT）的组合作为空穴传输材料，并采用三（五氟苯基）硼烷（TPFB）作为掺杂剂。

Ho-Baillie教授说："我们希望这项工作所产生的洞察力将有助于未来开发低成本轻型太阳能电池的工作，以用于未来的太空应用。"