氟化物可从根本上改善钙钛矿太阳能电池的稳定性

钙钛矿制成的太阳能电池对太阳能的未来具有广阔的前景。这种材料便宜，易于生产并且几乎与传统上用于太阳能电池的硅一样有效。但是，钙钛矿会迅速降解，从而严重限制其效率和稳定性。艾恩德霍芬科技大学，DIFFER能源研究所，北京大学和特温特大学的研究人员发现，向钙钛矿中添加少量氟化物可留下保护层，从而显着提高材料和太阳能电池的稳定性。在各种极端测试条件下运行1000小时后，太阳能电池仍可保持90%的效率。研究结果今天发表在领先的科学杂志《自然能源》上。

由于钙钛矿太阳能电池的制造成本如此低廉，因此一直是最近太阳能研究的中心。结果，它们的效率从2009年的不到4%上升到目前的24%以上，接近传统的硅电池。结合了硅和钙钛矿电池的所谓串联电池，效率超过28%。

尽管取得了成功，但由于材料的性质和制造方式，钙钛矿仍存在许多缺陷。随着时间的流逝，金属卤化物的原子结构中的空位会在水分，光和热的影响下触发钙钛矿的降解。

保护层

埃因霍温，特温特和北京的研究人员通过在生产过程中添加少量氟化物，对新型钙钛矿进行了试验。就像牙膏中的氟化物一样，氟化物离子在晶体周围形成保护层，防止有害缺陷的扩散。

“我们的工作大大改善了钙钛矿太阳能电池的稳定性，” TU / e和DIFFER应用物理系联合研究中心计算能量研究中心的助理教授陶树霞说。纸。“在极端的光照和高温条件下，我们的电池在1000小时后仍能保持90%的效率。这是传统钙钛矿化合物的寿命的许多倍。我们达到21.3%的效率，这是进一步提高效率的一个很好的起点。 ”

由于其高电负性，氟化物通过在材料表面形成强氢键和离子键来稳定钙钛矿晶格。

埃因霍温团队的许多工作都在解释为什么氟化物与其他卤素相比如此有效。他们使用计算机模拟得出结论，其成功的部分原因是氟化物离子的尺寸小和高电负性。元素的电负性越高，它越容易吸引相邻元素的电子。这有助于氟离子与钙钛矿化合物中的其他元素形成牢固的键，从而形成稳定的保护层。

未来研究

该研究被认为是将来成功实现钙钛矿太阳能电池的重要一步。但是，还有很多工作要做。太阳能行业的金标准是十到十五年后的保留率至少是原始效率的85%，对于钙钛矿电池而言，这个标准还差得远。