在所有將國家的能源供應轉換為可再生資源的努力中，太陽能仍然只占美國發電量的不到3%，部分原因是生產太陽能電池的成本相對較高。降低生產成本的一個方法是開發使用比今天的矽基模型更便宜的材料的太陽能電池。為了實現這一目標，一些工程師已經將目光投向了鹵化物過氧化物，這是一種人類製造的材料，其重複的晶體形狀像立方體。

從理論上講，基於過氧化物的太陽能電池可以用比矽成本更低、更容易獲得的原材料來製造；它們也可以用更少的能源和更簡單的製造工藝來生產。

但是到目前為止，一個絆腳石是過氧化物在暴露於光和熱的情況下會分解–這對旨在從太陽中產生能量的設備來說尤其成問題。

加州大學洛杉磯分校的博士後研究員和該研究的第一作者Yepin Zhao拿著一枚基於過氧化物的太陽能電池。資料來源：Yang Lab/UCLA

現在，一個由加州大學洛杉磯分校領導的國際研究合作已經開發出一種方法，在太陽能電池中使用過氧化物，同時保護它不受導致其惡化的條件影響。在最近發表在《自然材料》上的一項研究中，科學家們將少量的離子- 也就是帶電的原子直接添加到過氧化物中。

他們發現，當暴露在光和熱下時，增強後的過氧化物晶體不僅更加耐用，而且還能更有效地將光轉化為電。

通訊作者、加州大學洛杉磯分校工程系Carol and Lawrence E. Tannas, Jr.教授說：”可再生能源至關重要。過氧化物將是一個遊戲規則的改變者，因為它可以以矽的方式進行大規模生產，而且我們已經確定了一種添加劑，將使這種材料變得更好。”

鹵化物過氧化物能夠將光轉化為電，是由於其分子形成重複的立方體網格的方式。這種結構是由帶相反電荷的離子之間的鍵固定在一起的。但是，光和熱往往會導致帶負電的離子從過氧化物中彈出，這破壞了晶體結構，削弱了該材料的能量轉換特性。

圖中顯示了未經改變的過氧化物分子（左）的結構，其中碘離子（紫色）正在遷移；以及添加了釹離子（紅色）的過氧化物分子，以幫助保留碘離子。資料來源：Yang Lab/UCLA

釹通常被用於麥克風、揚聲器、激光器和裝飾玻璃。它的離子大小正好可以嵌在立方過氧化物晶體中，而且它們帶有三個正電荷，科學家們假設這將有助於將帶負電的離子固定在原位。

研究人員在每10000個過氧化物分子中加入了大約8個釹離子，然後測試了該材料在太陽能電池中的性能。在最大功率下工作並在連續光照下超過1000小時，使用增強型過氧化物的太陽能電池保持了約93%的光轉換效率。相比之下，使用標準過氧化物的太陽能電池在相同的條件下經過300小時後失去了一半的電力轉換效率。

研究小組還在沒有任何設備取電的情況下對太陽能電池進行了連續照射，這加速了過氧化物的降解。一個使用含釹的過氧化物的設備在超過2000小時後保留了84%的電力轉換效率，而一個使用標準過氧化物的設備在該時間後直接無法使用。

為了測試材料承受高溫的能力，研究人員將帶有這兩種材料的太陽能電池加熱到大約180華氏度。使用增強型過氧化物的太陽能電池在超過2000小時後保持了約86%的效率，而標準的過氧化物裝置在這段時間內完全失去了將光轉化為電能的能力。

在以前的許多旨在使過氧化物燃料電池更耐用的研究中，研究人員已經嘗試在材料上添加保護層，但這在很大程度上是失敗的。增強材料本身的想法來自於主要作者Yepin Zhao，他是Yang實驗室的一名博士後研究人員。Zhao說，他的靈感來自於一種通常用於生產矽半導體的技術–添加少量的其他化合物來改變材料的特性。

Zhao說：”離子往往像高速公路上的汽車一樣在過氧化物中移動，這導致了材料的分解。有了釹，我們找到了一個路障來減緩交通並保護材料。”

Yang說，這一進展可能有助於過氧化物太陽能電池在未來兩到三年內進入市場。