中国科学院团队开发新策略显著提升钙钛矿太阳能电池稳定性

在全球日益重视可再生能源和低碳经济的背景下，太阳能作为一种可再生能源的重要形式，吸引了广泛的研究和开发。钙钛矿太阳能电池（Perovskite Solar Cells, PSCs）因其高光电转换效率而备受瞩目。该技术在稳定性方面的不足，尤其是碘离子迁移所导致的劣化，始终对其商业化应用形成了障碍。

近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所的研究团队在这一领域取得了显著进展。他们通过一项新的策略，显著抑制了碘离子的迁移，从而提升了钙钛矿太阳能电池的稳定性，为推广该技术的商业化应用提供了宝贵的支持。

碘离子迁移的挑战

钙钛矿材料在光伏设备中展示出的优异性能，主要归功于其独特的晶体结构和电子特性。碘离子在光照和热影响下的迁移，会转化为I₂，并导致电池内部缺陷的增多，从而导致性能下降。研究发现，靠着钙钛矿中的碘离子迁移，是影响PSCs长期运行的关键因素之一。这一问题的解决一直是科学家们攻克的难题。

创新策略的提出

针对碘离子迁移问题，宁波材料所的葛子义研究员和刘畅研究员团队提出了一种新的解决方案。他们在钙钛矿前驱体溶液中引入了一种名为BT2F-2B的特殊化合物，这种化合物因其独特结构，可以与I⁻离子形成强配位作用，显著抑制了I⁻在电池中的迁移与转化。

通过与I⁻产生强配位作用，BT2F-2B有效减少了碘空位缺陷，进而提高了电池的稳定性。这样的创新不仅在理论上成就显著，更在实践中得到了验证。研究团队利用该策略制备的反式单结钙钛矿太阳能电池，其光电转换效率（PCE）超过26%。这意味着，这种方法在提升效率的同时，也增强了电池的性能持续性。

稳定性测试的成功

为了验证新策略的有效性，研究团队进行了高温高湿测试。结果表明，在85°C的高温环境和50%相对湿度条件下，经过1000小时的老化测试后，以BT2F-2B处理的电池仍能保持85%的初始效率。这项成果不仅展示了新策略的可靠性，更为钙钛矿太阳能电池的实际应用提供了参考依据。

开创性的成果与论文发表

团队进一步将BT2F-2B应用于宽带隙（1.77 eV）钙钛矿系统，成功实现全钙钛矿串联太阳能电池的PCE提升至27.8%。这一数据不仅证明了所提策略的普遍适用性，也为钙钛矿太阳能电池的发展注入了新的活力。

相关研究成果以“Universal Approach for Managing Iodine Migration in Inverted Single-Junction and Tandem Perovskite Solar Cells”为题，发表在《先进材料》（Advanced Materials）期刊上。这项研究得到了国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金和中国博士后科学基金的大力支持。

未来展望

随着全球对清洁能源需求的不断增长，研究过程中的这些创新策略为钙钛矿太阳能电池提供了更好的稳定性展望。因此，未来在电池效率、稳定性与经济性等多方面的进一步研究，能使钙钛矿太阳能电池真正实现商业化，助力全球能源结构转型和可持续发展。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所的研究团队通过创新的方法抑制碘离子迁移，为解决钙钛矿太阳能电池稳定性问题提供了新的思路和实用方案，这将在全球绿色能源领域开辟新的篇章。