钙钛矿太阳能电池的稳定性挑战及研究进展
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（来源：光伏研习社）
近年来，钙钛矿太阳能电池（PSCs）因其低成本和高光电转换效率（PCE）成为光伏领域的研究热点。然而，其稳定性问题一直是阻碍商业化应用的主要障碍。本文将带您了解钙钛矿太阳能电池的稳定性挑战、最新研究进展及未来发展方向。
一、钙钛矿太阳能电池的稳定性挑战
钙钛矿材料的有机-无机杂化结构中存在弱离子键和范德华力，使其对环境因素（如湿度、温度、光照等）极为敏感。以下是主要挑战：
相稳定性问题
钙钛矿晶体在温度变化时易发生相变，例如MAPbI₃在54~57℃时会从四方相转变为立方相，影响电池性能。
水分和光照还会诱导相分离，导致开路电压下降和电流提取效率降低。
环境因素影响
水氧侵蚀：钙钛矿与水反应会分解为PbI₂和挥发性气体（如CH₃NH₂和HI），加速材料降解。
光照与电场：紫外线会直接分解钙钛矿，而电场则引发离子迁移，导致缺陷聚集和性能衰退。
高温：高温不仅加速相变，还会直接引发钙钛矿分解。
内部缺陷与界面反应
多晶薄膜中的缺陷（如未配位离子）为非辐射复合中心，降低效率。
传输层（如Spiro-OMeTAD）和电极的界面反应会进一步缩短器件寿命。
二、稳定性提升策略
为应对上述挑战，研究人员提出了多种解决方案：
材料改性
混合阳离子/阴离子工程：引入Cs⁺、FA⁺等阳离子和Br⁻、Cl⁻等阴离子，提高热稳定性和抗湿性。
低维钙钛矿：二维钙钛矿因层间强范德华力表现出优异的稳定性。
钝化缺陷：通过配体或添加剂（如3-氨基吡啶）钝化表面缺陷，抑制离子迁移。
器件结构优化
倒置结构（p-i-n）：将钙钛矿层包裹在稳定的传输层中，减少环境直接侵蚀。
串联结构：与硅电池结合，拓宽光谱吸收范围并提升整体稳定性。
封装技术
聚合物封装：如聚异丁烯二丙烯酸酯（PIBA），可隔绝水氧，器件在85%湿度下2000小时后仍保持95%初始效率。
原子层沉积（ALD）：使用Al₂O₃等纳米层作为阻隔膜，显著延长器件寿命。
三、最新研究突破
效率记录
美国西北大学团队通过双位点配体修饰，将倒置结构PSCs的认证效率提升至26.14%（NREL认证）。
清华大学团队开发的新型空穴传输材料T2，使正置结构PSCs效率达26.21%。
稳定性突破
苏州大学团队采用全覆盖紫外固化封装技术，器件在水中浸泡30分钟后性能无损失。
北京理工大学团队引入六方氮化硼散热层，器件在85℃下1776小时后仍保持93%初始效率。
四、未来展望
普适性策略开发：需探索适用于不同组分和结构的稳定性提升方法。
空气中制备技术：开发无需惰性环境的薄膜制备工艺，降低生产成本。
多领域结合：如与锂离子电池、超级电容器等结合，拓展钙钛矿材料的应用场景。
结语尽管钙钛矿太阳能电池的稳定性仍面临挑战，但通过材料、结构和封装技术的协同创新，其商业化前景已愈发清晰。未来，随着研究的深入，钙钛矿电池有望与晶硅电池平分秋色，成为光伏市场的重要力量。