钙钛矿光伏电池突围有望！只需向材料中添加这种金属

在所有将国家能源供应转换为可再生能源的努力中，太阳能仍然只占美国发电量的不到3%。部分原因是生产太阳能电池的成本相对较高。

降低生产成本的一种方法是寻找一种比硅便宜、性能能与之相媲美的太阳能电池材料。为了实现这一目标，一些工程师将注意力集中在卤化物钙钛矿上，这是一种人造材料，具有立方体状的晶体。

从理论上讲，钙钛矿太阳能电池可以用比硅成本更低、更容易获得的原材料制造，它们还可以使用更少的能源和更简单的制造过程来生产。但到目前为止，一个“绊脚石”是钙钛矿暴露在光和热下会分解，这对于从太阳能中产生能量的设备来说尤其成问题。

现在，由美国加州大学洛杉矶分校领导的一项国际研究合作开发出了一种能在太阳能电池中使用钙钛矿的方法，同时保护钙钛矿不受外界条件的影响。他们的研究成果已于近期发表在了《自然材料》杂志上。

具体而言，科学家们直接向钙钛矿中添加了少量的离子(即带电原子)——一种叫做钕的金属。他们发现，增强后的钙钛矿不仅在暴露于光和热时更加耐用，而且还能更有效地将光转化为电能。

研究人员说，“可再生能源至关重要。钙钛矿将是一个游戏规则的改变者，因为它可以以硅的方式进行大规模生产，而且我们已经确定了一种添加剂，将使这种材料变得更好。”

研究人员解释称，钕通常被用于麦克风、扬声器、激光器和装饰玻璃。它的离子大小正好可以嵌在立方钙钛矿晶体中，而且它们带有三个正电荷，科学家们假设这将有助于将带负电的离子固定在原位。

他们在每10000个钙钛矿分子中加入了大约8个钕离子，然后测试了该材料在太阳能电池中的性能。在最大功率下工作并在连续光照下超过1000小时，使用增强型钙钛矿的太阳能电池保持了约93%的光转换效率。相比之下，使用标准钙钛矿的太阳能电池在相同的条件下经过300小时后失去了一半的电力转换效率。

此外，研究小组还在没有任何设备取电的情况下对太阳能电池进行了连续照射，这加速了钙钛矿的降解。一个使用含钕钙钛矿的设备在超过2000小时后保留了84%的电力转换效率，而另一个使用标准钙钛矿的设备在该时间后直接无法使用。

最后，为了测试这种材料承受高温的能力，研究人员将带有这两种材料的太阳能电池加热到大约180华氏度。使用增强型钙钛矿的太阳能电池在超过2000小时后保持了约86%的效率，而标准的钙钛矿装置则在这段时间内完全失去了将光转化为电能的能力。

研究人员最后指出，这一进展可以帮助钙钛矿太阳能电池在未来两到三年内进入市场。