效率达23.9%!"钝化"钙钛矿层可使太阳能电池稳定性超过1000小时

由EPFL化学工程师领导的国际合作已经克服了钙钛矿制造中的一个问题，这个问题降低了钙钛矿作为太阳能电池板的效率。该方法生产的钙钛矿太阳能电池板的效率为23.9%，运行稳定性超过1000小时。

钙钛矿是由金属卤化物和有机成分组成的混合化合物，在LED灯、激光和光探测器等领域显示出巨大的应用潜力。然而，它们的主要贡献是在太阳能电池领域，它们正准备超越市场，取代硅电池。

在高效和稳定的太阳能电池的主要候选人是碘化铅钙钛矿，它表现出卓越的光收集能力。然而，它们的效率很大程度上取决于它们的制造，其中一个关键因素是去除它们的光收集表面的缺陷。

钝化和钙钛矿效率

这通常是通过一种叫做“钝化”的方法完成的，它在钙钛矿薄膜的表面涂上一层化学物质(卤化烷基铵)，使它们更耐腐蚀和稳定。该工艺在原钙钛矿光吸收器的顶部添加了一个二维钙钛矿层，提高了器件的稳定性。

问题是，钝化实际上会产生反作用，形成所谓的“平面内”钙钛矿层，它也不会“移动”电荷，尤其是在加热的情况下。这是一个明显的劣势，扩大规模和商业化潜在的太阳能电池板。

3D化学救援

在一项新的研究中，由EPFL基础科学学院MohammadNazeeruddin领导的科学家们找到了一种解决这个问题的方法，即用一种用于制造钙钛矿的碘化物的不同异构体来处理它们。在化学中，同分异构体是具有相同分子式的化合物，但它们的原子在三维空间中排列不同。

科学家们研究了碘化物PDEAI2(苯二乙基铵)的不同异构体形成二维钙钛矿所需的最低能量。这些同分异构体是为研究人员所谓的“量身定制缺陷钝化”而设计的，这意味着它们在钙钛矿上的钝化效果已经提前得到了很好的表征。

结果表明，该方法非常有效地避免了钝化对钙钛矿效率的负面影响。具体来说，最有效的PDEAI2异构体也是最“空间阻碍”的，这个术语指的是仅仅因为化合物的分子体积而减缓化学反应。事实上，空间位阻常被用来防止或减少不必要的反应。

用这种方法生产的钙钛矿太阳能电池的效率为23.9%，运行稳定性超过1000小时。该工作还实现了创纪录的21.4%的钙钛矿模块的活性面积为26平方厘米。