下一代太阳能技术，具有变换太阳能行业的稳定性和效率

（左）OIST能量材料和地表科学单元适用于太阳能电池和不同尺寸的模块。（右）在这项研究中，科学家用5cm x 5 cm的太阳能模块工作。

由钙钛矿材料制成的太阳能模块，增益电力转换太阳能技术行业。

冲绳科技学院研究生院校（OIST）的研究人员创造了具有高效率和良好稳定性的下一代太阳能模块。使用一种名为Perovskites的材料制造，这些太阳能模块可以保持高性能超过2000小时。他们的调查结果今天（七月二十日）在自然能源领先杂志中报道，具有亮点的商业化前景。

Perovskites有旨在彻底改变太阳能技术行业的潜力。灵活轻巧，它们保证比目前主导市场的重型和刚性硅的电池更加多功能。但科学家必须在佩罗夫斯基特商业化之前克服一些主要障碍。

“有三种条件是佩罗夫斯基特必须满足：他们必须廉价生产，高效且具有漫长的寿命，”y陵齐教授，o兵材料和地表科学部门领导，领导了这项研究。

Perovskite太阳能电池和模块由许多层组成，每个层具有特定功能。科学家添加或修改了橙色突出显示的层。

随着廉价原料需要较少的能量来处理钙钛矿太阳能电池的成本很低。在十多年之下，科学家们在改善普罗夫斯基特太阳能电池转换为电力的有效性方面取得了巨大的进步，效率水平现在与基于硅的细胞相当。

然而，一旦从微小的太阳能电池扩展到较大的太阳能模块，佩洛斯克酯率升级的效率水平。这是有问题的，因为商业太阳能技术需要在太阳能电池板的尺寸下保持有效，但长度为几英尺。

“缩放非常苛刻;该研究的共同作者Luis Ono博士解释说，材料中的任何缺陷都变得更加明显，因此您需要高质量的材料和更好的制造技术。“

佩罗夫斯基特的不稳定性是在激烈调查下的另一个关键问题。商业太阳能电池需要能够承受多年的操作，但目前钙钛矿太阳能电池快速降低。

建立层

齐齐的团队教授支持卫生技术开发和创新中心的概念验证计划，解决了这些稳定性和效率的问题，使用新方法。Perovskite太阳能器件由多层组成 - 每个层具有特定功能。它们不是专注于一层，而是查看设备的整体性能以及图层如何相互交互。

吸收阳光的活性钙钛矿层位于装置的中心，夹在另一层之间。当光子的光子撞击钙钛矿层时，带负电的电子利用这种能量并“跳跃”到更高的能级，留下正电荷的“孔”，其中电子常用的电气。然后将这些电荷与在有源层上方和下方的电子和空穴传输层相反的方向上。这产生了充电或电力的流动 - 这可以通过电极离开太阳能器件。该装置也通过保护层封装，该保护层减少了降解并防止有毒化学物质泄漏到环境中。

在研究中，科学家们使用了22.4 cm2的太阳能模块。

通过在两层之间添加称为Edtak的化学品，科学家首先改善了钙钛矿有源层和电子传输层之间的界面。他们发现Edtak防止了氧化锡电子传输层与钙钛矿有源层反应，增加了太阳能模块的稳定性。

从左到右：雅明奇教授齐豪刘博士，路易斯博士，大勇儿子博士，斯西博士，他，博士邱博士。

EDTAK还以两种不同的方式提高了Perovskite太阳能模块的效率。首先，Edtak中的钾进入活性钙钛矿层，并在钙钛矿表面上“愈合”微小缺陷。这防止了这些缺陷捕获移动电子和孔，允许产生更多的电力。EDTAK还通过增强氧化锡电子传输层的导电性能来提高性能，从而更容易从钙钛矿层收集电子。

科学家们对蠕动器有源层和空穴传输层之间的界面进行了类似的改进。这次，它们在层之间添加了一种称为Eama的钙钛矿，这提高了空穴传输层接收孔的能力。

EAMA处理的装置还在湿度和温度测试下显示出更好的稳定性。这是由于EAMA如何与钙钛矿活性层的表面相互作用，这是晶粒的马赛克。在没有EAMA的太阳能器件中，科学家们看到在活性层的表面上形成的裂缝，该裂缝起源于这些晶粒之间的边界。当科学家添加Eama时，他们观察到额外的钙钛矿材料填充晶界并停止水分进入，防止这些裂缝形成。

该团队还通过在称为pH3t的少量聚合物中混合来修改空穴传输层本身。该聚合物通过提供具有防水性的层来提高防潮性。

聚合物还解决了先前阻碍了对长期稳定性的影响。钙钛矿太阳能模块顶部的电极由薄金条形成。但随着时间的推移，微小的金颗粒通过空穴传输层和活性钙钛矿层迁移到电极。这种不可逆转地损害设备的性能。

当研究人员掺入PH3T时，他们发现金颗粒更加缓慢地迁移到装置中，这显着增加了模块的寿命。

为其最终改进，科学家们还添加了聚合物的薄层，除了玻璃之外，除了玻璃之外，对太阳能模块提供保护涂层。通过这种增加的保护，即使在恒定照明的2000小时后，太阳能模块也保持了初始性能的约86％。

与博士合作。在国家先进的工业科学和技术研究所（AICT）的Kazaoui，OIST团队测试了改进的太阳能模块，并获得了16.6％的效率 - 对于那种太阳能模块的效率非常高。研究人员现在旨在对更大的太阳能模块进行这些修改，这引领未来大规模商业太阳能技术的发展方式。

参考：“互联稳定稳定的整体方法，有效的佩洛伊斯太阳能模块有超过2,000小时的运营稳定性”由宗豪刘，龙滨邱，路易斯。奥诺，斯西河，湛豪胡，毛北江，郭庆堂，王吴，闫江，大勇扬扬·唐艳，哈萨源和雅平齐，2020年7月20日，自然能源.DOI：
10.1038 / s41560-020-0653-2