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鈣鈦礦是未來進一步提高太陽能組件效率和降本增效的巨大希望，但至今阻礙其工業(yè)化應(yīng)用的最大障礙是材料的耐久性。

改變這一切的時代可能快來臨了！在著名期刊《自然能源》的最新一期中，來自 Jülich 的研究人員展示了一種因其特殊穩(wěn)定性而引人注目的變體：在超過1450小時的高溫和光照測試中，基于該變體的鈣鈦礦電池保持了其初始效率的 99%。

特定的晶體結(jié)構(gòu)是鈣鈦礦最主要的性能特征，為不同原子和分子的多種材料組合提供了各種可能，其中一些表現(xiàn)出鐵電、超導(dǎo)或光伏特性。鈣鈦礦結(jié)構(gòu)在 19 世紀(jì)初就已為人所知，但直到最近才發(fā)現(xiàn)了光伏發(fā)電的應(yīng)用。僅僅 10 年左右，研究人員就將光電轉(zhuǎn)化效率提高到傳統(tǒng)晶硅硅太陽能電池的水平。

與晶硅光伏材料相比，鈣鈦礦具有幾個決定性的優(yōu)勢：工藝簡單、材料經(jīng)濟、能耗極低。鈣鈦礦電池極薄的厚度和透明的特性還讓與晶硅電池的“串聯(lián)疊層”成為可能，進一步提高了太陽能電池的效率。

然而鈣鈦礦太陽能電池的致命弱點是它們的耐久性。傳統(tǒng)的晶硅電池已經(jīng)被證明有超過25年的使用壽命，效率衰減很低，但鈣鈦礦太陽能電池通常在幾天或幾周后就會失去效率。早期的研究中，鈣鈦礦電池在實驗室中打開燈后幾秒鐘或幾分鐘內(nèi)效率就會下降，目前科學(xué)家已經(jīng)將鈣鈦礦電池的壽命提高到可應(yīng)用的水平，但大面積鈣鈦礦電池的工業(yè)化應(yīng)用壽命仍在被探索中。

Julich的研究人員正是在這個瓶頸上取得了突破性的進展。

在Nature Energy發(fā)表的文章中介紹：Julich制作的鈣鈦礦電池穩(wěn)定性卓越，是過去多年測試中有史以來最好的測量值之一。試驗表明，該電池在實驗室中 65 攝氏度左右的高溫下照射了 1450 小時，效率值在整個測試期間基本保持穩(wěn)定，試驗結(jié)束時保持了初始效率的 99%。

Julich研究人員認(rèn)為，根據(jù)該試驗結(jié)果，該鈣鈦礦太陽能電池在正常情況下肯定可以運行超過 20,000 小時。

該電池結(jié)構(gòu)的成功，在于Julich研究人員采用了合適的材料，通過高通量方法系統(tǒng)地測試了數(shù)百種不同的鈣鈦礦混合物，選擇最合適的制作電池，確定了最佳材料組合。

此外，研究人員優(yōu)化了涉及電池內(nèi)鈣鈦礦的穩(wěn)定接觸。通常用于接觸電池的離子摻雜劑或金屬氧化物納米顆粒在較高溫度下往往會發(fā)生二次反應(yīng)，會導(dǎo)致金屬電極腐蝕，HI ERN 的研究人員已經(jīng)通過測量和掃描電子顯微鏡證明的那樣。

研究人員將整個電極包裝在一種保護殼中，以提高接觸點的穩(wěn)定性。這是一種新的雙層聚合物結(jié)構(gòu)，底部未摻雜，頂部摻雜非離子摻雜劑，可防止降解并確保保持接觸。

這種結(jié)構(gòu)一方面保護了與鈣鈦礦非常敏感的界面，另一方面顯示出異常穩(wěn)定的導(dǎo)電性，即使在高溫下也是如此。

該結(jié)構(gòu)電池唯一的遺憾是目前效率還不夠高，僅20.9%。研究人員認(rèn)為被測試的電池還沒有完全發(fā)揮效率潛力，現(xiàn)在的目標(biāo)是在不久的將來，進一步將效率提升至24% 到 25%。 

原標(biāo)題：鈣鈦礦耐久性取得重大突破，1450小時高溫光衰僅1%