根據(jù)國際規(guī)定的光伏組件老化測試標(biāo)準(zhǔn)（ IEC61646, 2008） ，光伏器件必須可以在85% 濕度和 85 ℃ 溫度的條件下連續(xù)工作 1000 h后仍保持初始效率的90%以上。因此，深入研究鈣鈦礦電池不穩(wěn)定的因素，通過對材料和器件的設(shè)計來提高鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性，是促進鈣鈦礦電池進一步發(fā)展和商業(yè)化的關(guān)鍵，對光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重大的現(xiàn)實意義。

濕度穩(wěn)定性

周圍環(huán)境中存在的水分對鈣鈦礦電池的制備和測試影響具有雙面。研究發(fā)現(xiàn)，在一定的濕度條件下，周圍環(huán)境中的水分將會有利于鈣鈦礦薄膜的生長結(jié)晶，減少薄膜中存在的缺陷，提鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶質(zhì)量，增強薄膜的載流子壽命，從而器件的光伏參數(shù)得到提升。但是，由于鈣鈦礦薄膜屬于軟物質(zhì)狀態(tài)，如果將已經(jīng)制備的鈣鈦礦薄膜暴露在高濕環(huán)境下，在水分和氧氣的作用下促進鈣鈦礦薄膜分解，分解過程如下：

從上面的反應(yīng)方程式可以看出，除了水分和氧氣，太陽光中的紫外光部分也是促使鈣鈦礦分解的重要影響因素。

此外，目前使用的空穴傳輸材料是 spiroOMeTAD，在器件的制備過程中，一般會添加少量有機鹽來優(yōu)化 spiro-OMeTAD 的導(dǎo)電性，例如鋰鹽、鈷鹽等，這些添加劑具有較強的吸濕性，極易造成spiro-OMeTAD 的性能衰減和鈣鈦礦的分解。

?熱穩(wěn)定性

由于太陽能電池的實際工作溫度往往會在60 ℃以上，鈣鈦礦材料的熱穩(wěn)定性也是影響其長期穩(wěn)定性的重要因素。如圖 9 所示，暗態(tài)下，將 MAPbI3 薄膜放置在 85?℃ 下 24?h，在 N2惰性氣氛保護下，鈣鈦礦薄膜的形貌也發(fā)生了明顯改變，較多的孔洞表明了鈣鈦礦薄膜的分解，而在O2氣氛下，MAPbI3 分解程度更加嚴(yán)重，驗證了O2有加速分解的作用。在空氣中時，由于水分和氧氣共存，高溫條件促進了 MAPbI3 薄膜的分解，改變了薄膜原有的表面形貌。雖然水氧穩(wěn)定性通?？梢酝ㄟ^封裝技術(shù)來解決，但是鈣鈦礦材料的熱穩(wěn)定性是一個本征問題，也是鈣鈦礦電池要實現(xiàn)商業(yè)化必須面臨的挑戰(zhàn)之一。

MAPbI3 薄膜在不同氣氛下 85 ℃ 保持 24 h 后的衰減情況。（a） 無處理，（b） N2 氣氛，（c）?O2 氣氛，（d） 空氣

光穩(wěn)定性

TiO2 是一種常用的電子傳輸材料，這種材料對大氣中的紫外光較為敏感，容易在紫外光的作用下產(chǎn)生光生空穴，催化分解鈣鈦礦層，將鈣鈦礦中的有機陽離子分解，反應(yīng)過程如下：

此外，光照不僅能夠輔助水、氧分解鈣鈦礦，而且能夠引起鈣鈦礦材料中離子的遷移和重新排布，進而導(dǎo)致薄膜性能衰減。

如何獲得高穩(wěn)定性的鈣鈦礦太陽能電池？

要解決鈣鈦礦太陽能電池穩(wěn)定性問題，需要從以下幾點入手：

（1）從鈣鈦礦組分入手，引入大陽離子，從而形成更穩(wěn)定的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)；

（2）從鈣鈦礦薄膜生長入手，開發(fā)新型添加劑，促進晶粒生長，抑制離子遷移，從而提高器件運行穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性；?

（3）從鈣鈦礦器件結(jié)構(gòu)入手，選擇性能穩(wěn)定的無機空穴傳輸層和電子傳輸層，從而提高器件的濕度穩(wěn)定性

審核編輯：黃飛

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