近日，普林斯顿大学团队已经开发出一种钙钛矿型太阳能电池设备，工作时间长达30年，传统太阳能电池寿命门槛约为20年，其性能远超业内标准。硅基电池自1954年问世以来一直在市场上占据主导地位，而该设备的性能可与其一较高下。
钙钛矿是一种具有特征晶体结构的半导体，非常适合太阳能电池技术。此外，它们可室温条件下生产，所需的反应能源比硅电池的更低，低成本意味着低价、可持续。硅的刚性和不透明可以由钙钛矿材料的柔性和透明代替，这样扩大了它们的应用范围，拓展出更多的可能性。
图1 加速老化过程中，高稳定性钙钛矿型太阳能电池放大图。该过程针对钙钛矿电池可以预测其寿命。（图片来源：Bumper De Jesus）
然而，与硅相反，钙钛矿材料易碎。早期钙钛矿型太阳能电池（PSC）制造于2009年至2012年间，照明时间只有若干分钟。受激于2017年PSC的低工作效率，新型设备的预计使用寿命比之前的记录提高了5倍。旧设备可在室温下连续照明运行1年，新设备在相同条件下可运行5年。
根据工程学教授Lynn Loo的说法，这项创纪录的设计突出了PSC的持久潜力，尤其是推动太阳能电池技术超越硅基极限的一种可能。此外，她也指出这项工作对于新型加速老化技术的深层意义。
“如今，虽然我们可能创造了新纪录，”Loo说，“但是未来也会被不断打破。真正为太阳能电池技术带来发展的是，我们开发了新兴技术测试这些设备，预测它们的持久性能。”
由于钙钛矿型太阳能电池相对短暂的特性，直到现在，持久测试才引起关注。那么，随着设备的使用寿命变长，测试不同设计工艺之间的性能对比将在推广耐用、消费者友好方向上愈发重要。
Joseph Berry是美国国家可再生能源实验室的高级研究员，专攻于太阳能电池的物理学，是该成果的旁观者：“这篇论文可能会成为任何想要分析电池效率和稳定性交叉点的重要参考。通过制造一个研究稳定性的模板，在大量应用前，通过加速测试展示持久性能。”
Berry表示，尽管在过去的十年，电池效率以惊人的速度提高，但设备稳定性提高得较为缓慢。为了让他们得到广泛应用并在工业中推广，测试复杂性也在提高。
“这类测试将变得越来越重要，”Loo说，“你可以制造出效率最高的太阳能电池，但如果它们不稳定，那就无所谓了。”
普林斯顿大学团队开发了一种测试方法，在加热的同时着凉设备，加速设备老化，模拟了实际曝光后自然发生的过程。该团队选择了四个老化温度，并通过四个不同数据流测量结果，从典型的夏季白天的基准温度到极端的230华氏度。然后，他们根据将数据结合分析，并预测该设备在室温下连续照明数万小时后的性能。
结果表明，在95华氏度的平均温度下，在至少5年的连续照明时间内，其最大效率可达80%。Loo说，在使用标准转换指标后，这个数据相当于新泽西州普林斯顿地区30年的户外运营。
“数据是非常可靠的，”Berry说，“部分学者仍对此有些怀疑。但与其它预测相比，这更加可信。”
以上成果发表在期刊《Science》上。
新闻链接：
https://www.photonics.com/Articles/Perovskite_Cell_Test_Method_Set_High_Bar_for/a68133
[1] Zhao X, Liu T, Burlingame Q C, et al. Accelerated aging of all-inorganic, interface-stabilized perovskite solar cells[J]. Science, 2022: eabn5679.
