《科学》刊发钙钛矿太阳能电池稳定性新进展(2)
韩礼元认为，此前的注意力主要集中在钙钛矿材料本身，但从钙钛矿太阳能电池作为一个整体，其稳定性与其核心构成——异质结结构密不可分。
撑起一把“防晒伞”
在此基础上，研究人员尝试设计了一种具有稳固结构的钙钛矿异质结结构。该结构主要包含一层表面富铅钙钛矿半导体薄膜，并在薄膜表面沉积氯化氧化石墨烯薄膜，通过形成氯—铅键、氧—铅键将两层薄膜结合在一起。
两层薄膜就像一把“防晒伞”罩在材料表面，将可能的影响因素与钙钛矿材料隔离起来，“小哪吒”像是生活在真空世界里，唯一能做的就是发电了。
光学、电学等表征实验表明，该异质结结构稳定，可以有效减少钙钛矿半导体薄膜的分解和缺陷的产生，同时也减少了逃逸离子对电荷传输层功能性的破坏。
但是，该结构的制备过程并非一帆风顺。韩礼元表示，困难主要有两个。一是，要探明氯化氧化石墨烯在钙钛矿表面的铺展是否优于氧化石墨烯；二是，证明表面氯化氧化石墨烯的存在。
为此，研究人员创新地利用X射线光电子能谱，研究它们与钙钛矿的结合力。研究发现，氯元素提高了氧元素夺取电子的能力，从而与铅元素形成更强的键合。此外，氯元素也会与钙钛矿中的铅产生强相互作用。两者共同作用下，氯化氧化石墨烯能够在钙钛矿表面更好地铺展。
同时，为了测量大范围的异质结结构表面电势，研究人员引入开尔文探针力显微镜，证明了氯化氧化石墨烯的存在。
走向应用尚需时间
该论文第一作者、上海交通大学博士生王言博介绍，具有该异质结结构的钙钛矿太阳能电池，在标准太阳光光强、60摄氏度条件下连续工作1000小时后，仍能够保持初始效率的90%，而且电池的稳态输出效率通过了国际公认电池评测机构——日本产业技术综合研究所光伏技术研究中心的认证。
尽管如此，钙钛矿太阳能电池在稳定性上与硅电池相比仍有差距。
该论文通讯作者、上海交通大学教授杨旭东表示，满足商业化的前提至少需要将电池的稳定性提高20年，但该研究成果提供了一种提高电池稳定性的新方法，使钙钛矿太阳能电池产业化又近了一步。
韩礼元表示，随着科学机理研究的不断深入、技术工艺水平的不断提高，解决钙钛矿太阳能电池稳定性难题指日可待。“我国是世界上最大的太阳能电池生产国，钙钛矿太阳能电池将有可能在中国首先实现产业化。”他说。
相关论文信息：https://science.sciencemag.org/content/365/6454/687
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