超薄氧化铝保护层提升钙钛矿太阳能电池稳定性

近日，荷兰埃因霍温理工大学和ECN研究机构的研究人员发现，添加几纳米的氧化铝薄层可防止钙钛矿太阳能电池免于受到湿度的影响，这一点仍然是钙钛矿太阳能电池商业应用的主要障碍。此项研究成果发布在《能源与环境科学》杂志中。令人意外的是，电池产能还提升了3%。


钙钛矿太阳能电池近年来经历了快速发展。钙钛矿这种矿物拥有与钙钛氧化物(CaTiO 3)相同的晶体结构，此种类型的太阳能电池产能在短短几年内上升到22%。

然而，暂时此钙钛矿电池的一个缺点是湿度的破坏效应：空气中的水蒸气与钙钛矿晶体发生反应，导致产率降低。这种不稳定性是阻碍商业化的绊脚石。

研究人员使用几个氧化铝原子层覆盖钙钛矿的敏感层，以防止由湿度引起的性能退化。氧化铝原子层包含在太阳能电池内，介于钙钛矿层和电接触层之间。选择氧化铝(Al2O3)主要是因为它能在任何类型的表面上快速形成。

虽然氧化铝具有导电绝缘性，但通过将其厚度限制至1纳米或更薄，仍然可以用作介于半导体钙钛矿和导电接触之间的缓冲层，然后电荷载流子将电力传输到绝缘体层。

研究人员将带有氧化铝层的电池和不带氧化铝层的电池进行对比发现。在暴露于潮湿空气两个月后，含有氧化铝层的电池产能达到原产能的60%-70%，而传统电池仅为12%。

此外，电池产能也从15% 提升至18%，这是此项研究成果的额外收货。

此前的研究通常尝试将氧化铝层安装到电池外部，但此保护性氧化铝层并未安装到电池外部。这样太阳能电池的两侧就可以添加很多种材料，钙钛矿层可以获取最大透光率，保证电流最佳利用率。