下一代太陽能材料為傳統的矽太陽能電池提供了更經濟、更環保的替代品，但要使這些設備足夠耐用，能夠經受現實世界條件的考驗，仍然存在挑戰。國際科學家團隊開發的一項新技術可以簡化高效、穩定的過氧化物太陽能電池的開發過程，這種電池因其獨特的晶體結構而得名，擅長吸收可見光。

包括賓州州立大學教師Nelson Dzade 在內的國際研究小組報告了一種新方法，可以製造出更耐用的太陽能電池，同時也能高效地將太陽光轉化為電能。來源：Nelson Dzade

包括賓州州立大學教師Nelson Dzade 在內的科學家在《自然-能源》雜誌上報告了他們的新方法，該方法可製造出更耐用的過氧化物太陽能電池，並仍能實現21.59% 的高效率將太陽光轉換為電能。

約翰和威利-萊昂家族能源與礦產工程系能源與礦產工程助理教授、本研究的合著者德扎德說，透輝石是一種很有前途的太陽能技術，因為與傳統的矽材料相比，這種電池可以在室溫下用更少的能量製造，使其生產成本更低，更具可持續性。科學家說，但用於製造這些設備的主要候選材料–有機-無機混合金屬鹵化物，含有易受潮、氧和熱影響的有機成分，暴露在真實世界的條件下會導致性能迅速下降。

一種解決方案是轉而使用碘化銫鉛等全無機包晶材料，這種材料具有良好的電氣性能和對環境因素的超強耐受性。不過，這種材料是多晶體的，也就是說，它有多個具有不同晶體結構的相。科學家說，其中兩種光活性相對於太陽能電池來說是好的，但它們在室溫下很容易轉化為不良的非光活性相，從而引入缺陷，降低太陽能電池的效率。

突破性的相異質結技術

科學家將碘化銫鉛的兩種光活性多晶體結合起來，形成了一種相異質結–它可以抑制向不良相的轉變。異質接面是透過堆疊具有不同光電特性的不同半導體材料形成的，就像太陽能電池中的層一樣。太陽能設備中的這些結可以進行定制，以幫助從太陽中吸收更多能量，並更有效率地將其轉換為電能。

Dzade說：「這項工作的美妙之處在於，它表明利用同一種材料的兩種多晶體來製造相異質結太陽能電池是一種可行的方法。它提高了材料的穩定性，防止了兩相之間的相互轉換。兩相之間形成的相干界面可使電子輕鬆流過設備，從而提高功率轉換效率。這就是我們在這項工作中所展示的。”

研究人員製造出的裝置實現了21.59% 的功率轉換效率，屬於此類方法中的最高水平，而且穩定性極佳。不僅如此，該裝置在環境條件下儲存200 小時後，仍能維持90% 以上的初始效率。

Dzade 說：”當從實驗室擴展到實際太陽能模組時，我們的設計在太陽能電池面積超過7 平方英寸（18.08 平方厘米）的情況下，功率轉換效率達到了18.43%。這些初步結果凸顯了我們的方法在開發超大型過氧化物太陽能電池模組和可靠評估其穩定性方面的潛力。”

研究人員對在原子尺度上對異質結的結構和電子特性進行了建模，並發現將兩種光活性相結合在一起可以形成穩定而連貫的界面結構，從而促進高效的電荷分離和轉移- -這是實現高效能太陽能設備的理想特性。

Dzade 在韓國全南大學的同事開發了製造該設備的獨特雙沉積方法–一種相用熱風技術沉積，另一種相用三源熱蒸發技術沉積。韓國全南大學研究教授、論文第一作者Sawanta S. Mali 說，在沉積過程中添加少量分子和有機添加劑，進一步提高了裝置的電氣性能、效率和穩定性。

約翰和威利-萊昂家族能源與礦物工程系能源與礦物工程助理教授、該研究的共同作者尼爾森-德扎德（Nelson Dzade）說：”我們相信，我們在這項工作中開發的雙沉積技術將對製造高效、穩定的過氧化物太陽能電池產生重要影響。”

研究人員說，這種雙重沉積技術可以為開發更多基於全無機包晶或其他鹵化物包晶成分的太陽能電池鋪路。研究人員說，除了將該技術擴展到不同的成分外，未來的工作還包括使目前的相位異質結電池在實際條件下更加耐用，並將其擴展到傳統太陽能電池板的尺寸。

Dzade說：『有了這種方法，我們相信在不久的將來，這種材料的效率應該可以超過25%。一旦我們做到了這一點，商業化就指日可待了。