金属卤化物钙钛矿太阳能电池:长期稳定性的挑战

来源:钙钛矿材料和器件发布时间:2025-09-15 14:01:29

金属卤化物钙钛矿太阳能电池在单结和多结器件中达到了具有竞争力的光电转换效率。因此,它们在性能方面的潜力是毋庸置疑的,不难理解研究的重点明显转向了测试这项技术的可靠性。

虽然此类半导体被定义为对缺陷有容忍度,但鉴于其薄膜的最佳光电特性及其器件的性能,就材料稳定性而言,这种缺陷容忍性并非无限。加强对缺陷在金属卤化物钙钛矿不稳定性中的作用研究促使起草了一项关于测试程序的共识以研究钙钛矿太阳能器件的稳定性。其中包括验证光浸泡和电场下的离子迁移或卤化物特征的可逆降解等现象钙钛矿半导体。新协议并不是要替代当前的标准,而是为了解决这些材料的独特性并确保稳定性相关实验的一致性。重要的是,同样,最近强调了现场测试的必要性,以解释不同器件架构、材料成分和加工对现实世界条件和刺激的特殊反应。

总体而言,很明显,尽管钙钛矿光伏领域研究非常活跃,我们仍然无法完全控制正在研究的系统,需要集体努力才能正确构建拼图。

尽管在最近的出版物中越来越关注作稳定性作为核心创新点,但大多数研究,尤其是那些报告最大功率点 (MPP) 跟踪的研究,都呈现了归一化的光转换效率 (PCE) 值。我们检查了 2023 年至 2025 年在顶级期刊上发表的出版物。在极少数期刊中,大约 40% 的文章在稳定性跟踪开始时明确呈现了实际的初始 PCE 值;在大多数此类期刊中,这一比例下降到 10% 左右。在许多情况下,作者报告了潮湿环境中保质期或老化的初始PCE值,但仍依赖于标准化值进行作稳定性测试,例如MPP跟踪。另一个方面是将稳定性性能与性能不佳的控制器件进行比较太阳能器件,很少有人将稳定性性能与另一个适当性能的电池进行比较。其中一些问题在之前的社论中强调过。

在报告实际初始 PCE 的研究中,用于稳定性测试的器件通常表现出低于性能最佳器件的效率。很少看到关于选择最佳测试器件的细节(是否总是呈现与最佳器件完全相同的架构?),并且这些结果的统计数据经常缺失。

效率和稳定性不是不相关的品质因数;在具有影响性缺陷活动和复杂界面的此类系统中,它们代表了同一枚硬币的两面。清晰的信息可能会为理解它们相关性的关键因素提供思考,而有效的数据呈现仍然是有影响力的科学出版物的关键特征。

以下是一些建议,以促进一致的数据呈现实践并提高太阳的科学文献中的器件性能数据(图1):

图 1.稳定性研究标准化示意图钙钛矿 太阳的 细胞。

基于新兴材料开发新技术是一项复杂的任务,可与起草和定稿一幅画相媲美;首先我们有大格局,然后进入细节。钙钛矿光伏的壮丽蓝图就在那里;我们需要继续前进,并在细节定义上保持一致,以便根据市场需要以高度的可靠性应对。

(消息来源:ACS Energy Letters)


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