近年来，一种新型太阳能技术似乎很有前途。卤化物钙钛矿太阳能电池在生产电能方面既有高性能又有低成本，这是未来任何成功的太阳能技术的两个必要成分。但新型太阳能电池材料的稳定性也应与硅基太阳能电池相匹配，硅基太阳能细胞具有25年以上的可靠性。

在最新发表的研究中，一个由Juan-Pablo Correa-Baena公司，助理教授材料科学与工程学院佐治亚理工大学的研究表明，卤化物钙钛矿太阳能电池的稳定性不如之前想象的那么稳定。他们的工作揭示了电池界面层中发生的热不稳定性，也为卤化物钙钛矿太阳能技术的可靠性和效率提供了一条途径。他们的研究，作为该杂志的封面故事出版高级材料2022年12月，这项研究对从事光伏领域钙钛矿研究的学者和行业专业人士都有直接的影响。光伏是一个与阳光产生的电流有关的领域。

卤化铅钙钛矿太阳能电池有望将阳光转化为电能。目前，从这些电池中获得高转换效率的最常见策略是用称为阳离子的大正电离子处理电池表面。

这些阳离子太大，无法放入钙钛矿原子尺度晶格中，并且，一旦落在钙钛矿晶体上，就会改变材料在沉积界面的结构。由此产生的原子尺度缺陷限制了太阳能电池电流提取的效率。尽管人们意识到了这些结构变化，但对沉积后阳离子是否稳定的研究有限，在理解可能影响卤化物钙钛矿太阳能电池长期生存能力的过程方面存在差距。

科雷亚·贝纳说：“我们担心的是，在太阳能电池长期运行期间，接口的重建将继续。”。“因此，我们试图了解并证明这一过程是如何随着时间推移而发生的。”

为了进行实验，该团队使用典型的钙钛矿薄膜制作了一个太阳能装置样品。该设备具有八个独立的太阳能电池，使研究人员能够根据每个电池的性能进行实验并生成数据。他们研究了细胞在有和没有阳离子表面处理的情况下的表现，并使用基于同步电子的X射线表征技术研究了长时间热应力前后每个细胞的阳离子修饰界面。

首先，研究人员将预处理的样品置于100摄氏度下40分钟，然后使用X射线光电子能谱仪测量其化学成分的变化。他们还使用了另一种X射线技术来精确研究薄膜表面形成何种晶体结构。结合这两种工具的信息，研究人员可以直观地看到阳离子是如何扩散到晶格中的，以及在受热时界面结构是如何变化的。

接下来，为了了解阳离子引起的结构变化如何影响太阳能电池的性能，研究人员与卡洛斯·席尔瓦（Carlos Silva）合作使用了激发相关光谱学，佐治亚理工大学物理和化学教授。该技术将太阳能电池样品暴露在非常快的光脉冲中，并在每次脉冲后检测薄膜发出的光强度，以了解光的能量是如何损失的。通过测量，研究人员可以了解哪些表面缺陷对性能有害。

最后，该团队将结构和光电特性的变化与太阳能电池效率的差异联系起来。他们还研究了两种最常用的阳离子在高温下引起的变化，并观察了它们界面上的动力学差异。

Correa-Baena实验室的研究科学家、该论文的第一作者卡洛·佩里尼说：“我们的研究表明，用某些阳离子处理会引起不稳定性。”。“但好消息是，通过对接口层进行适当的工程设计，我们将在未来看到这项技术的稳定性得到增强。”

研究人员了解到，经过有机阳离子处理的金属卤化物钙钛矿薄膜的表面在热应力下，在结构和成分上不断演变。他们发现，界面处原子尺度的变化会导致太阳能电池能量转换效率的显著损失。此外，他们发现这些变化的速度取决于所用阳离子的类型，这表明稳定的界面可能在适当的分子工程范围内。

科雷亚·贝纳说：“我们希望这项工作将迫使研究人员在高温下测试这些界面，并寻求解决不稳定性问题的方法。”。“这项工作应该为科学家指明正确的方向，使他们能够专注于一个领域，以建立更高效、更稳定的太阳能技术。”

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。