钙钛矿太阳能电池，科学家们在最新研讨中发现，一种钙钛矿结构的有机太阳能电池的转化功率或可高达22.1%，为现在市场上太阳能电池转化功率的2倍，能大幅下降太阳能电池的运用本钱。
虽然研讨团队还没有演示以新资料为质料制作的高效太阳能电池，此项研讨已成为此前许多研讨强有力的弥补，证明了具有共同晶体结构的钙钛矿有望改动太阳能工业的相貌。当时市场上占干流的太阳能电池以硅和碲化镉为资料，到达现在的转化功率历时10多年;而钙钛矿只花了短短4年时刻的研讨，有鉴于此，即便业界保存人士也对钙钛矿十分看好。
该研讨的领导者、宾夕法尼亚大学动力立异研讨中心联合主任安德鲁˙阿姆表明，以新式钙钛矿为质料制作的太阳能电池能将大约一半的太阳光直接转化为电力，为现在的2倍，因而，只需一半太阳能电池就可供给相同的电力，这将大大削减装置本钱，然后让总本钱显着下降。
别的，阿姆说，与传统太阳能电池资料不同，新资料并不需要电场来发生电流，这将削减所需资料的数量，发生的电压也更高，然后能添加能量产出;并且，新资料也能很好地对可见光做出反响，这对太阳能电池来说含义严重。
钙钛矿资料现在现已应用于太阳能电池、LED、激光器乃至催化等范畴，俨然有成为“全能资料”的趋势。放眼望去，染料敏化太阳能电池的创始人Grätzel早早就在有机无机杂化钙钛矿范畴抢占了一席之地，纳米大牛Paul Alivisatos（Nano Letters主编）、华人纳米大牛杨培东（JACS副主编）等等在无机钙钛矿范畴也声名显赫……资料范畴的教师们现在碰头说的最多的一句话或许便是——“你们做钙钛矿了没？”形似在资料界混，你不做钙钛矿就out了。今日咱们解读的文章也与钙钛矿有关，触及科学家们在钙钛矿太阳能电池（perovskite solar cells）稳定性上的严重突破。
在短短几年时刻中，有机-无机杂化钙钛矿的薄膜太阳能电池现已取得了超越22%的能量转化功率。可是，其环境稳定性和光稳定性相对较差，一直是一个技能难点。现在的较佳解决方案是运用二维Ruddlesden-Popper钙钛矿制备薄膜，取得较高的稳定性。可是，该类钙钛矿太阳能电池的光电转化功率却十分低，之前最高只要4.73%。这首要是因为两层钙钛矿面板之间的有机阳离子阻挠了电荷的有用传输，起到绝缘空间层的效果，类似于两层中心搀杂了绝缘体，按捺了电荷的面外传输。
钙钛矿太阳能电池
最近，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室（Los Alamos National Laboratory）的Aditya D. Mohite课题组制备了一种挨近单晶的二维钙钛矿薄膜。其无机钙钛矿成分的晶面相对于平面太阳能电池中的触点进行面外取向摆放，有利于电荷传输，避免了之前二维钙钛矿的缺点。未包封的二维钙钛矿器材，其光电转化功率能够在继续光照2250小时后仍保持在初始值的60%以上，并且能耐受65%的相对湿度，这些功能都大大超越了三维钙钛矿电池器材。当器材进行包封后，在接连光照或许湿润环境中，功率没有呈现显着下降。（High-efficiency two-dimensional Ruddlesden-Popper perovskite solar cells. Nature， 2016， DOI： 10.1038/nature18306）
二维钙钛矿的晶体结构及其薄膜的相关表征
在制备钙钛矿薄膜过程中，假如用相同的二维钙钛矿资料，运用传统的旋涂办法制备的器材，其功率只要3%-4%。而Mohite等人运用加热过的基板（110 ℃左右），得到了功能更好的钙钛矿薄膜。研讨人员以为因为在热基板上甩膜，会构成优秀的结晶，然后构成了接连的电荷传输通道，其电荷却不会被绝缘层而阻挠。如下图掠入射广角X射线散射（GIWAXS）图画所示，显着能够看出室温基板上旋涂的钙钛矿的结晶呈现无序型，而预热基板上旋涂的钙钛矿薄膜则呈现较好的结晶有序型。
GIWAXS图画。a） 在室温基板上旋涂的钙钛矿，b） 在加热的基版上旋涂的钙钛矿
之后作者将该资料应用于平面异质结的光伏器材中，得到了12.51%的最高功率，其间开路电压能够得到1.01V，这比正常三维钙钛矿制得的器材的开路电压（一般是0.7-0.9V）要高。
太阳能电池的相关光伏数据
之后作者研讨了不同扫描方向以及不同电压延迟时刻下电流针对电压的改变，发现在这些比如中均没有呈现迟滞效应。随后，作者运用电容-电压测验探讨了其没有迟滞现象的原因。
含这种二维钙钛矿资料的太阳能电池的光稳定性及在湿润环境中的稳定性适当超卓，当器材进行包封后，在继续光照或许湿润环境中（相对湿度65%），功率没有呈现任何显着的下降（如下图）。
太阳能电池的稳定性
