一款由澳大利亞科學家開發的、全世界首屈一指的鈣鈦礦太陽能電池通過了一系列高溫和濕度測試，采用低成本的解決方案克服了一些阻礙該技術走向商業化的挑戰。科學家們正是利用簡單、低成本的聚合物-玻璃氈抑制鈣鈦礦太陽能電池分解來做到這一點的。

由新南威爾士大學（UNSW）主導且與悉尼大學（University of Sydney）合作組建的一個科學家小組聲稱，在開發耐久型鈣鈦礦太陽能電池（常稱為“下一代”太陽能光伏技術）的全球競賽中，他們走在世界最前列。在走向商業化的重要一步中，該小組宣布其鈣鈦礦已通過嚴格的國際電工委員會（IEC）高溫和濕度測試標準。

這些科學家們一直致力于研究金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池，在短短10年時間里取得了前所未有的進展，將電池的電源轉換效率從3.8%提高到25.2%。相比而言，科學家們花了大約40年的時間才使得硅電池的轉換率達到26.7%。悉尼大學納米科學系首任主席約翰·胡克（John Hooke）說道：“它們非常便宜，比硅薄500倍，因此柔性極高且重量超輕。它們還具有巨大的能量使能特性，且太陽能轉換率較高。”

但是，無保護的鈣鈦礦電池不如硅基電池耐久，因此尚不具備商業可行性。為了走出實驗室，鈣鈦礦需要承受因潮濕、高溫和光照所產生的長期環境脅迫。Ho-Baillie教授說道：“鈣鈦礦電池需要達到現行商業標準。這正是我們的研究令人振奮的地方。我們已經證實，我們可以大大提高它們的熱穩定性。”

簡單的玻璃和聚合物解決方案

這項研究——由14名科學家（大多是澳大利亞科學家）共同撰寫且如今發表在《科學》雜志上——詳細闡述了研究小組提出的低成本解決方案。研究人員采用氣相色譜-質譜法（GC-MS）來識別高性能電池中常用的熱應激雜化鈣鈦礦的特征性揮發性產物及分解途徑。采用這一方法，他們發現，采用簡單、低成本的聚異丁烯（合成橡膠）基或聚烯烴基聚合物-玻璃組合物封裝的有機-無機鈣鈦礦太陽能電池封裝具有優異的耐久性，超出了IEC61215:2016濕熱濕凍測試的要求。

研究人員能夠證實，低成本的聚合物玻璃層疊結構的氣密性封裝有效地抑制了鈣鈦礦‘滲氣’（即導致其分解的過程）。采用這種封裝方案，含有多陽離子多鹵化物鈣鈦礦的CH3NH3（MA）太陽能電池經受了1800多個小時的濕熱測試和75個循環的30次濕冷凍測試，首次超過了IEC61215:2016標準的要求，也遠遠超出了團隊的預期。

Ho-Baillie教授表示：“我們的研究還有一項令人興奮的結果，那就是我們能夠在苛刻的國際電工委員會標準環境測試條件下實現鈣鈦礦電池的穩定性。這些電池不僅通過了熱循環試驗，還超出了濕熱濕凍測試的要求。”

這些測試可幫助確定太陽能電池組件是否能夠經受住室外操作條件的影響，方法是將其暴露在-40度到85度之間的多次溫度循環中及85%的相對濕度下。”這些結果尤為重要，因為這項研究中使用的鈣鈦礦太陽能電池含有已知具有較低熱穩定性的MA陽離子。研究論文總結道：“盡管如此，這些電池仍然通過了施加最嚴苛的濕熱應力的濕冷凍測試。”