美国能源部国家可再生能源实验室(NREL)的研究人员创造了一种环境稳定，高效的钙钛矿太阳能电池，使新兴技术更接近商业部署。
在过去的十年中，钙钛矿已经迅速发展成为一种有前景的技术，现在能够将约23%的阳光转化为电能，但仍需要工作才能使设备长期耐用以便长期使用。NREL的未封装太阳能电池 - 一种用于测试的电池，在电池的导电部件和元件之间没有像玻璃一样的保护屏障 - 在环境条件下连续使用1,000小时后保持94%的起动效率发表于Nature Energy。
“在测试过程中，我们故意强调细胞比实际应用更加努力，以加速衰老，”Joseph Luther说道，他和Joseph Berry一起指导了题为“未封装的钙钛矿太阳能电池的定制接口> 1000”的工作运营稳定时间。“ “现场太阳能电池只在太阳出来时才运行。在这种情况下，即使经过1000个小时的测试，电池也能够在整个时间内发电。”
虽然需要更多的测试来证明细胞可以存活20年或更长时间，在现场(太阳能电池板的典型寿命)，这项研究代表了确定钙钛矿 太阳能电池比以前认为更稳定的重要基准。
钙钛矿太阳能电池的典型设计将钙钛矿夹在空穴传输材料，称为spiro-OMeTAD的有机分子薄膜(掺杂锂离子)和由二氧化钛或TiO2制成的电子传输层之间。这种类型的太阳能电池效率几乎立即下降20%，然后随着变得更不稳定而稳步下降。
“我们要做的是消除太阳能电池中最薄弱的环节，”路德说。研究人员推测，更换spiro-OMeTAD层可以阻止细胞效率的最初下降。螺-OMeTAD薄膜内的锂离子不受控制地在整个装置内移动并吸收水分。离子的自由运动和水的存在导致细胞降解。一种新的分子，绰号为EH44，由科罗拉多矿业学院的艾伦·塞林格(Alan Sellinger)开发，是一种替代spiro-OMeTAD的分子，因为它可以排斥水并且不含锂。“这两个好处使我们相信这种材料将是一个更好的替代品，”路德说。
使用EH44作为顶层解决了后来更逐渐的降解，但没有解决细胞效率中出现的初始快速降低。研究人员尝试了另一种方法，这次将细胞的底层TiO2与氧化锡(SnO2)进行交换。随着EH44和SnO2的到位，以及钙钛矿材料和金属电极的稳定替代，太阳能电池效率保持稳定。实验发现，当沉积到原始TiO2薄膜上时，新的SnO2层解决了钙钛矿层中出现的化学组成问题。
“这项研究揭示了如何使设备更加稳定，”路德说。“它告诉我们，细胞中的每个层都可以在降解过程中发挥重要作用，而不仅仅是活性钙钛矿层。”