下一代钙钛矿太阳能电池通过严格的国际测试

  澳大利亚科学家首次生产了新一代的实验太阳能电池，它们通过了严格的国际电工委员会关于热和湿的测试标准。

  该研究发现是钙钛矿太阳能电池商业化发展的重要一步，现已发表在《科学》杂志上。

  太阳能能源系统现在正处于工业和国内房屋普遍。当前大多数系统依靠硅将阳光转化为有用的能量。

  但是，太阳能电池板中硅的能量转换率已接近其自然极限。因此，科学家一直在探索可以堆叠在硅上的新材料，以提高能量转换率。迄今为止，最有前途的材料之一是金属卤化物钙钛矿，其本身甚至有可能胜过硅。

  悉尼大学纳米科学系首任主席约翰·胡克（John Hooke）表示：“钙钛矿是太阳能系统的一个非常有希望的前景。” “它们非常便宜，比硅更薄500倍，因此具有柔韧性和超轻量。它们还具有巨大的能量使能特性和较高的太阳能转化率。”

  以实验形式，过去十年来钙钛矿电池的性能从低水平提升到能够将太阳的25.2％的能量转化为电能，这与硅电池的转化率相当，后者需要40年才能实现。

  然而，未保护的钙钛矿电池不具有硅基电池的耐久性，因此它们在商业上尚不可行。

  Ho-Baillie教授说：“钙钛矿电池将需要按照当前的商业标准堆叠。这是我们研究的令人兴奋的事实。我们已证明，我们大家可以极大地提高其热稳定性。”

  科学家利用简单的低成本聚合物玻璃毯抑制钙钛矿细胞的分解来实现这一目标。

  这项工作是由Ho-Baillie教授领导的，他后来加入了悉尼大学纳米研究所。主要作者雷石博士在新南威尔士大学光伏与可再生能源工程学院的Ho-Baillie研究小组中进行了实验工作，Ho-Baillie教授仍是该学院的兼职教授。

  在持续暴露于太阳和其他元素的作用下，太阳能电池板会经历极端的热和湿度。实验表明，在这种压力下，未保护的钙钛矿细胞变得不稳定，从其结构内部释放出气体。

  Ho-Baillie教授说：“了解这一过程，称为“除气”，是我们开发这项技术并提高其耐用性的工作的核心部分。

  “我一直对探索如何将钙钛矿太阳能电池结合到隔热玻璃（例如真空玻璃）中感兴趣。因此，我们应该了解这些材料的除气性能。”

  该研究小组首次使用气相色谱-质谱（GC-MS）来识别高性能电池中常用的热应力杂化钙钛矿的特征性挥发性产物和分解途径。他们发现使用这种方法的低成本聚合物玻璃叠层具有不透压力的密封，可有效抑制钙钛矿“除气”，该过程导致其分解。

  “我们研究的另一个令人振奋的成果是，我们也可以在苛刻的国际电工委员会标准环境测试条件下稳定钙钛矿电池。这些电池不仅通过了热循环测试，而且还超过了湿热和湿气的苛刻要求，还要进行冻结测试。” Ho-Baillie教授说。

  这些测试通过将太阳能电池模块暴露于-40度至85度的反复温度循环以及暴露于85％的相对湿度下，帮助确定太阳能电池模块是否能承受室外运行条件的影响。

  具体而言，钙钛矿太阳能电池在IEC“湿热”测试中经过了1800多个小时的生存，在“湿度冻结”测试中经过了75个循环，首次超过了IEC61215：2016标准的要求。

  Ho-Baillie教授说：“我们大家都希望这项工作将有利于稳定钙钛矿型太阳能电池的发展，提高其商业化前景。”

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