突破溫度穩(wěn)定性難題！新型鈣鈦礦電池光電轉(zhuǎn)換效率超26%

【技術(shù)突破】德國慕尼黑大學(xué)團隊研發(fā)的新型鈣鈦礦太陽能電池，可耐受-80℃至80℃極端溫度，16次熱循環(huán)后仍保留84%初始效率，光電轉(zhuǎn)換效率達26%（較參照組高3個百分點），通過分子加固策略破解熱穩(wěn)定性難題，相關(guān)成果發(fā)表于《自然·通訊》。

由德國慕尼黑大學(xué)（LMU）領(lǐng)導(dǎo)的一個研究團隊開發(fā)出一種新型金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池。該電池不僅能承受低地球軌道（LEO）常見的極端高溫，還具備優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)換效率。

研究人員重點測試了介于零下 80 攝氏度至零上 80 攝氏度之間的加速熱循環(huán)影響。結(jié)果顯示，經(jīng)過強化處理的電池在經(jīng)歷 16 次極端循環(huán)后，仍保留了約 84% 的初始效率；而未改良的對照組則出現(xiàn)了顯著的性能衰減。

研究人員指出："此類環(huán)境不僅在實驗室老化測試中存在，在實際運行環(huán)境中同樣常見。例如在低地球軌道，衛(wèi)星太陽能電池會反復(fù)暴露在直射陽光下，隨后在短時間內(nèi)驟入極寒環(huán)境。" "溫度極值因航天器設(shè)計和軌道而異，本研究中團隊選取了具有代表性的溫度范圍。"

該技術(shù)突破旨在解決鈣鈦礦太陽能電池面臨的一個關(guān)鍵難題：在溫度波動下，鈣鈦礦層與其玻璃基板的膨脹和收縮速率不一致，從而導(dǎo)致機械應(yīng)力積聚。這種應(yīng)力主要集中在鈣鈦礦晶粒邊界及基板界面處，即材料的薄弱環(huán)節(jié)。久而久之，局部應(yīng)力可能引發(fā)裂紋、分層及缺陷，進而削弱電氣性能，限制電池的長期穩(wěn)定性。

為克服上述問題，團隊制定了一套針對性的分子加固策略。在薄膜形成過程中，他們引入了α-硫辛酸，使其在晶界處發(fā)生聚合反應(yīng)，從而減少缺陷并增強晶體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。隨后，團隊施加了一種基于磺鎓的衍生物，通過化學(xué)鍵將鈣鈦礦層牢固地錨定在基板上，形成"錨定網(wǎng)"。該結(jié)構(gòu)能在熱應(yīng)力作用下，有效穩(wěn)定鈣鈦礦層的膨脹與收縮。

綜合來看，這些措施有效保護了電池中最脆弱的部位，顯著提升了其在極端溫度波動下的耐久性與效率。該器件的光電轉(zhuǎn)換效率超過 26%，據(jù)研究人員稱，這一數(shù)據(jù)比未采用該技術(shù)的參照電池高出 3 個百分點。

"我們的研究表明，針對晶界和界面的定向加固能顯著提升鈣鈦礦太陽能電池的機械穩(wěn)定性，"該研究的首席作者 Erkan Aydin 表示，"這讓我們向?qū)崿F(xiàn)該技術(shù)的現(xiàn)實應(yīng)用邁進了一大步。"

這項新的太陽能電池概念發(fā)表于《自然·通訊》期刊，論文題為《極端溫度循環(huán)下具有增強抗熱疲勞性的鈣鈦礦太陽能電池》。