摘要：由伦敦大学学院（UCL）研究人员牵头的国际团队开发出一种耐用的钙钛矿太阳能电池，能够高效捕获室内光线中的能量，这意味着键盘、遥控器、报警器、传感器等设备可能很快就能实现无电池化。

科学家们表示，高效太阳能电池可将37.6%的室内光线转化为电能，且使用寿命可达五年或更久

由伦敦大学学院（UCL）研究人员牵头的国际团队开发出一种耐用的钙钛矿太阳能电池，能够高效捕获室内光线中的能量，这意味着键盘、遥控器、报警器、传感器等设备可能很快就能实现无电池化。

钙钛矿的晶体结构中存在微小缺陷——即所谓的“陷阱”——这些缺陷不仅会阻碍电流流动，还会导致钙钛矿随时间推移而退化。在发表于Advanced Functional Materials期刊的研究中，研究团队描述了他们如何利用多种化学物质来减少这些缺陷，这有望使钙钛矿室内太阳能电池板切实可行。

该团队表示，他们设计的钙钛矿光伏电池的效率约为目前市面上最佳室内太阳能电池的六倍。与其他钙钛矿电池相比，它们更耐用，预计使用寿命可达五年或更久，而非仅数周或数月。

该论文的资深作者、伦敦大学学院材料发现研究所副教授Mojtaba Abdi Jalebi（上图右）表示：“数十亿个低能耗设备均依赖于电池更换——这是一种不可持续的实践。随着物联网的扩展，这一数字将不断增长。”

“目前，可从室内光线中捕获能量的太阳能电池成本高昂且效率低下。与商用电池相比，我们特别设计的钙钛矿室内太阳能电池能够捕获多得多的能量，并且比其他原型更耐用。这为利用我们生活中已存在的环境光能驱动电子设备铺平了道路。”

“我们目前正与行业合作伙伴探讨规模化策略及商业部署。”

“钙钛矿太阳能电池的优势尤其在于成本较低——所用材料在地球上储量丰富，且仅需简单加工。其制造过程就像印刷报纸一样简单。”

早期钙钛矿太阳能电池存在一个问题，即钙钛矿材料及其与电荷收集层的界面处存在高密度陷阱，这会阻碍电荷流动并导致能量以热能形式损耗。

研究团队引入了氯化铷（Rubidium chloride）这一化学物质，促进了钙钛矿晶体的均质生长并最大限度减少了应变，从而降低了这些陷阱的密度。

随后添加了有机铵盐N,N-二甲基辛基碘化铵（DMOAI）和苯乙基氯化铵（PEACl），以稳定两种离子（碘离子和溴离子），防止它们迁移分离并形成不同相，因为一旦这样，就会再次通过阻碍材料中的电荷流动，使钙钛矿太阳能电池的性能随着时间推移而降低。

该论文的第一作者、伦敦大学学院材料发现研究所博士生Siming Huang（上图左）表示：“含有这些微小缺陷的太阳能电池如同被切成块的蛋糕。通过多种策略，我们将这块蛋糕重新复原，使电荷能够更轻松地通过。我们添加的这三种成分具有协同效应，其综合作用大于各成分之和。”

研究团队发现，其太阳能电池可将37.6%的室内光线（1000 lux，相当于明亮的办公室环境）转化为电能，创下了带隙为1.75 eV（电子伏特）、针对室内光线进行优化的钙钛矿太阳能电池的世界纪录。

研究人员还测试了该太阳能电池随时间推移的抗退化性能。

经过100多天后，这一新设计的太阳能电池仍保持92%的性能，而对照组太阳能电池（未减少缺陷的钙钛矿）仅保持76%的初始性能。

在55°C下连续强光照射300小时的严苛测试中，新型太阳能电池仍保持76%的性能，而对照组太阳能电池的性能降至初始性能的47%。

该团队包含英国、中国和瑞士的研究人员。

此项研究得到了Henry Royce先进材料研究所的支持。研究团队获得了英国工程与自然科学研究理事会（EPSRC）和能源安全与净零部，以及伦敦大学学院、英国文化协会和伦敦南岸大学的资金支持。

来源：雅时化合物半导体

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来源：CSC化合物半导体