在當(dāng)今的光伏領(lǐng)域，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）猶如一顆耀眼的明星，因其具備高效率、低成本以及制備簡(jiǎn)單等顯著優(yōu)勢(shì)，當(dāng)之無(wú)愧地被視為新概念太陽(yáng)能電池，備受各界的高度關(guān)注。然而，一個(gè)長(zhǎng)期困擾的難題始終橫亙?cè)谇?，那就是其穩(wěn)定性問(wèn)題，這宛如一道難以跨越的鴻溝，嚴(yán)重制約了其進(jìn)一步邁向商業(yè)化普及的步伐。但就在近日，美國(guó)萊斯大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)似乎為這一難題找到了嶄新的突破口，帶來(lái)了令人振奮的消息。
依據(jù)在《科學(xué)》雜志上發(fā)表的一項(xiàng)極具分量的研究成果，該研究團(tuán)隊(duì)成功地將甲脒碘基鈣鈦礦（FAPbI3）合成為了超穩(wěn)定且品質(zhì)卓越的光伏薄膜。這一重大突破無(wú)疑為長(zhǎng)久以來(lái)困擾太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性問(wèn)題提供了極具潛力的新解決方案，仿佛在黑暗中點(diǎn)亮了一盞希望之燈。
深入探究便會(huì)發(fā)現(xiàn)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的不穩(wěn)定性主要?dú)w因于其材料自身的多種內(nèi)在因素。其一，鈣鈦礦材料對(duì)濕度表現(xiàn)出高度的敏感性。在特定的濕度條件下，周圍環(huán)境中的水分竟能起到積極作用，有利于鈣鈦礦薄膜的生長(zhǎng)結(jié)晶，還能減少薄膜中現(xiàn)存的缺陷，進(jìn)而提升薄膜的結(jié)晶質(zhì)量和載流子壽命。然而，一旦鈣鈦礦薄膜置身于高濕環(huán)境，水分與氧氣便會(huì)聯(lián)合起來(lái)，加速鈣鈦礦薄膜的分解進(jìn)程，對(duì)其穩(wěn)定性造成嚴(yán)重沖擊。
另一方面，鈣鈦礦薄膜在高溫狀態(tài)下，其脆弱性便暴露無(wú)遺，容易發(fā)生分解，導(dǎo)致其原有的表面形貌發(fā)生改變。更為棘手的是，在紫外光的無(wú)情“攻擊”下，容易催生出光生空穴，進(jìn)而對(duì)鈣鈦礦層進(jìn)行催化分解，穩(wěn)定性因此大受影響。而現(xiàn)實(shí)情況是，它的工作環(huán)境恰恰是那種表面溫度能夠輕而易舉達(dá)到 60 攝氏度以上，且伴隨著強(qiáng)烈紫外光照的惡劣環(huán)境。
在這兩方面因素的協(xié)同“作惡”下，實(shí)際工作中鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的整體效率便會(huì)出現(xiàn)持續(xù)且大幅度的下降，嚴(yán)重影響其實(shí)際應(yīng)用和推廣。而萊斯大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)此次的成果恰好直擊這兩大關(guān)鍵問(wèn)題。
該研究團(tuán)隊(duì)巧妙地在前驅(qū)體溶液中添加了二維（2D）鈣鈦礦，使得這些鈣鈦礦能夠充當(dāng)模板的關(guān)鍵角色，引領(lǐng)塊狀或 3D 鈣鈦礦的生長(zhǎng)，為晶格結(jié)構(gòu)提供了額外的壓縮力和穩(wěn)定性。同時(shí)，二維鈣鈦礦在化學(xué)和結(jié)構(gòu)方面都展現(xiàn)出比 FAPbI3 更為出色的穩(wěn)定性，如此一來(lái)，便能有效遏制電池效率的下降趨勢(shì)。
實(shí)際的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也的確令人欣喜。當(dāng)處于 85℃的高溫環(huán)境下，歷經(jīng) 1000 多個(gè)小時(shí)的持續(xù)運(yùn)行，F(xiàn)APbI3 太陽(yáng)能電池的整體效率下降幅度竟然不到 3%。二維鈣鈦礦模板不僅顯著提升了 FAPbI3 太陽(yáng)能電池的效率，還極大地增強(qiáng)了電池的耐用性。此外，該研究成果所蘊(yùn)含的意義還遠(yuǎn)不止于此，它還具備降低制造成本、簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、減輕太陽(yáng)能電池板重量以及增加靈活性等諸多潛力。這對(duì)于光收集或光伏技術(shù)而言，無(wú)疑將產(chǎn)生變革性的深遠(yuǎn)影響，其意義不可估量。
從能源產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展視角來(lái)看，萊斯大學(xué)的這項(xiàng)研究成果無(wú)疑為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的商業(yè)化進(jìn)程注入了強(qiáng)大的新動(dòng)力。在當(dāng)下可再生能源需求持續(xù)增長(zhǎng)的時(shí)代背景下，這無(wú)疑具有建設(shè)性的重大意義。我們完全有理由憧憬，在并不遙遠(yuǎn)的未來(lái)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池必將成為推動(dòng)全球可再生能源蓬勃發(fā)展的核心力量，為人類的能源未來(lái)書寫嶄新的輝煌篇章。
