提升太阳能电池稳定性

钙钛矿材料在光照与高温环境下易发生热分解、离子迁移，导致电池效率快速衰减，这是行业公认的技术瓶颈。2024 年 11 月，华北电力大学联合瑞士洛桑联邦理工学院的科研团队，在《科学》期刊发表的研究成果，为这一问题提供了创新性解决方案。

研究团队的核心突破在于 “掺杂剂调控” 策略：在配置钙钛矿溶液时，创新性添加 n,n - 二甲基氯烯亚胺作为掺杂剂。该物质能与钙钛矿内部的离子发生特异性相互反应，原位生成三嗪离子 —— 这种离子可形成稳定的化学键结构，一方面牢牢 “锁住” 钙钛矿中的活性离子，抑制光照下离子的无序迁移，减少因离子堆积导致的晶界缺陷；另一方面，三嗪离子能增强钙钛矿晶体的热稳定性，有效延缓高温环境下材料的分解速度。

这一技术直接提升了钙钛矿太阳能电池的寿命，此前普通钙钛矿电池在高温光照下往往数百小时后效率便大幅下降，而采用该掺杂剂制备的电池，在同等严苛条件下，效率衰减速度显著放缓，为钙钛矿电池从实验室走向量产奠定了关键基础。

除材料层面的创新，器件结构优化也是提升稳定性的重要方向。香港城市大学科研团队研发的新型钙钛矿电池结构，同样发表于《科学》期刊，其通过 “结构精简 + 材料升级”，实现了稳定性、效率与成本的三重突破。

传统钙钛矿电池包含空穴选择层、钙钛矿层、电子传输层等多个独立结构，不仅生产工序复杂，且有机材质的电子传输层（如富勒烯）耐热性差，易在长期使用中老化。香港城市大学团队对此进行两大革新：一是 “结构合并”，将原本独立的空穴选择层与钙钛矿层合二为一，在不影响电荷传输性能的前提下，大幅简化生产工序，降低制造成本；二是 “材料替换”，将电子传输层改用无机物质二氧化锡 —— 二氧化锡耐热性极佳，能抵御高温环境对器件结构的破坏，同时团队通过技术手段改善二氧化锡层的氧空位缺陷，进一步减少电荷复合损失。

测试数据显示，基于该结构的钙钛矿太阳能电池，能源转化效率突破 25%，更关键的是稳定性表现优异：在严格的模拟实际工况测试中，连续运作 2000 小时后，效率仍能维持初始值的 95% 以上，远超传统结构电池的性能，同时简化的工序为大规模量产提供了可行性。

华北电力大学与香港城市大学的研究，分别从 “材料调控” 与 “结构优化” 两个维度，为提升太阳能电池稳定性提供了可落地的技术方案。前者解决了钙钛矿材料本身的光热不稳定问题，从根源上延长电池寿命；后者通过结构创新，在提升稳定性的同时降低生产门槛，二者共同推动钙钛矿太阳能电池向 “高效、长效、低成本” 的产业化目标迈进。

这些成果不仅彰显了高校在光伏基础研究领域的引领作用，更将加速太阳能电池在建筑光伏、便携式能源设备等场景的应用 —— 例如，稳定性提升后的钙钛矿电池，可更安全地应用于屋顶发电玻璃、户外充电设备，为全球能源转型注入绿色动力。