科技日报实习记者 张佳欣
日本国家材料科学研究所开发了一种耐用的钙钛矿型太阳能电池，面积仅为1平方厘米，能够在阳光下以超过20%的光电转换效率（即发电效率）连续发电1000多个小时。由于这种太阳能电池可以在大约100℃的温度下在塑料材料表面制造，因此这项技术将能用于开发轻型、多功能的太阳能电池。
钙钛矿太阳能电池示意图（左）、其结构（中）和集成到其界面中的分子（右）。
图片来源：日本国家材料科学研究所
钙钛矿型太阳能电池被认为是下一代太阳能电池，具有广阔的应用前景，因为它们比传统太阳能电池更容易生产，且成本更低。然而，钙钛矿型太阳能电池也有缺点：当它们与水分子反应时很容易降解。事实证明，它们很难实现既耐用又高效。
大多数钙钛矿型太阳能电池都有相似的发电机制。当钙钛矿层吸收阳光时，会产生电子和空穴。然后，这些电子和空穴分别迁移到相邻的电子传输层和空穴传输层，它们在此处流动以产生电流。为了同时提高钙钛矿型太阳能电池的效率和耐用性，这些层和它们之间的界面需要使电子和空穴能够更自由地通过，同时使界面不透水分子。
该研究团队在电子传输层和钙钛矿层之间的界面中添加了含有疏水氟原子（5F-phz）的肼衍生物。这种界面成功地阻止了穿透电子传输层的水分子与钙钛矿层接触，从而提高了太阳能电池的耐久性。该界面的使用还减少了钙钛矿层表面形成的结晶缺陷的数量，这是导致发电效率下降的一个原因。此外，该团队在空穴传输层和钙钛矿层之间的界面添加了一种膦酸衍生物（MeO-2PACz），最大限度地减少了空穴传输层中缺陷的形成，从而提高了太阳能电池的发电效率。
这项研究发表在最近的《先进能源材料》上。今后，该团队还计划创建可集成到界面中的分子数据库，进行数据驱动的研究，设计可改善界面特性的分子，开发更高效、更耐用的钙钛矿太阳能电池。
总编辑圈点：
钙钛矿型太阳能电池是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的电池。相比硅电池，它们的生产成本更低，更可持续。棘手的问题在于，钙钛矿太阳能电池的稳定性不够，这制约了它的商业化。前不久，美国能源部国家可再生能源实验室的研究人员构建了一种具有高效和高度稳定双重优点的钙钛矿太阳能电池，相关成果发表在《自然》上。看来，各国都在针对这一具有潜力的太阳能电池进行优化升级，以期把握住太阳能电池的未来。