科技日報實習記者?張佳欣

日本國家 材料科學研究所開發了一種耐用的鈣鈦礦型太陽能電池，面積僅為1平方厘米，能夠在陽光下以超過20%的光電轉換效率（即發電效率）連續發電1000多個小 時。由于這種太陽能電池可以在大約100℃的溫度下在塑料材料表面制造，因此這項技術將能用于開發輕型、多功能的太陽能電池。

鈣鈦礦太陽能電池示意圖（左）、其結構（中）和集成到其界面中的分子（右）。
圖片來源：日本國家材料科學研究所

鈣鈦礦型太陽能電池被認為是下一代太陽能電池，具有廣闊的應用前景，因為它們比傳統太陽能電池更容易生產，且成本更低。然而，鈣鈦礦型太陽能電池也有缺點：當它們與水分子反應時很容易降解。事實證明，它們很難實現既耐用又高效。

大多數鈣鈦礦型太陽能電池都有相似的發電機制。當鈣鈦礦層吸收陽光時，會產生電子和空穴。然后，這些電子和空穴分別遷移到相鄰的電子傳輸層和空穴傳輸層， 它們在此處流動以產生電流。為了同時提高鈣鈦礦型太陽能電池的效率和耐用性，這些層和它們之間的界面需要使電子和空穴能夠更自由地通過，同時使界面不透水 分子。

該研究團隊在電子傳輸層和鈣鈦礦層之間的界面中添加了含有疏水氟原子（5F-phz）的肼衍生物。這種界面成功地阻止了穿透電子傳輸層的水分子與鈣鈦礦層 接觸，從而提高了太陽能電池的耐久性。該界面的使用還減少了鈣鈦礦層表面形成的結晶缺陷的數量，這是導致發電效率下降的一個原因。此外，該團隊在空穴傳輸 層和鈣鈦礦層之間的界面添加了一種膦酸衍生物（MeO-2PACz），最大限度地減少了空穴傳輸層中缺陷的形成，從而提高了太陽能電池的發電效率。

這項研究發表在最近的《先進能源材料》上。今后，該團隊還計劃創建可集成到界面中的分子數據庫，進行數據驅動的研究，設計可改善界面特性的分子，開發更高效、更耐用的鈣鈦礦太陽能電池。

總編輯圈點：

鈣鈦礦型太陽能電池是利用鈣鈦礦型的有機金屬鹵化物半導體作為吸光材料的電池。相比硅電池，它們的生產成本更低，更可持續。棘手的問題在于，鈣鈦礦太陽能 電池的穩定性不夠，這制約了它的商業化。前不久，美國能源部國家可再生能源實驗室的研究人員構建了一種具有高效和高度穩定雙重優點的鈣鈦礦太陽能電池，相 關成果發表在《自然》上。看來，各國都在針對這一具有潛力的太陽能電池進行優化升級，以期把握住太陽能電池的未來。