日本冲绳科学技术大学院大学（OIST）能量材料与表面科学单位的研究人员，由Yabing Qi 教授领导，采用稳定、高效且相对便宜的钙钛矿材料开发出了一种新的钙钛矿太阳能电池，这种电池具有这几项优势：热稳定性好、光线吸收率高、制造工艺简单且成本低。因此，这项研究也为未来钙钛矿太阳能电池的大规模商用奠定了基础。
他们的研究论文最近发表于《先进能源材料（Advanced Energy Materials）》杂志。博士后学者 Jia Liang 博士和 Zonghao Liu 博士对这项研究作出了重要贡献。
这种材料具有几种关键特征。首先，它是完全无机的，因为有机成分通常不耐热，性能会在高温条件下退化。通过无机材料取代有机成分，使得其拥有良好的热稳定性，在强烈阳光照射下这种钙钛矿太阳能电池会变得更加稳定。Zonghao Liu 博士表示，这种太阳能电池在暴露于光线中300小时后，性能几乎未发生改变。
如下图电子显微镜图像所示，这种全无机钙钛矿太阳能电池有五层结构。底层是仅有几毫米厚的玻璃，第二层是透明导电材料FTO，接下来是由二氧化钛组成的电子活性层，第四层是光敏钙钛矿，顶层是碳。
以往，所有的无机钙钛矿太阳能电池都比有机无机混合物的光线吸收率要低，而这种太阳能电池的第二个特征是：OIST的研究人员将新型电池与锰掺杂，锰改变了材料的晶体结构，提升了光线吸收能力。
更让人惊讶的是，这种太阳能电池的第三个特征是，在太阳能电池之间传输电流的电极和外部电线都是由碳组成的，而不是通常用的金。这些电极特别便宜且易于制造，一部分原因是由于它们能够直接印刷到太阳能电池中。而另外一方面，制造金电极则需要高温条件以及真空室等特殊设备。
科学家们一直都在研究由钙钛矿组成的结构，使之成为硅的替代品。这种由钙、钛、氧分子经过特殊排列而成、具有相同晶体结构的材料一直存在于地球中。相比于共棱、共面形式连接的结构，钙钛矿结构显得更加稳定，更有利于缺陷的扩散迁移。因此，钙钛矿具备了许多优异的物理化学特性，例如电催化性、吸光性等。
钙钛矿结构非常适合作为太阳能电池吸收光线的活性层，因为它们吸收光线的效率比硅更高，且成本更低廉。将钙钛矿结构集成到太阳能电池中，需要采用的设备也相对简单，它们可以溶解到溶剂中，直接喷涂到基底上面。
由钙钛矿结构组成的材料有望为太阳能电池设备带来一场革命，然而以往所有的钙钛矿电却具有一个严重的缺陷：它们通常很不稳定，在高温条件下性能会退化。这严重阻碍了它们的商用。
现在，这种稳定性问题有了更好的解决方案，但是在变成像硅太阳能电池一样的商用产品之前，钙钛矿太阳能电池仍有一系列的挑战需要克服。例如，钙钛矿太阳能电池可保持运行一到两年，而硅太阳能电池可运行达二十年。
为了改善这些新型电池的效率和持久性，Qi 及其同事们正努力工作，同时也在开发制造商用产品的工艺。
原文来源：今日头条
