钙钛矿太阳能电池的新型材料可以提高其稳定性和效率

立陶宛考纳斯理工大学(KTU)的化学家团队开发了一种用于钙钛矿太阳能电池的新材料。聚合后可用作正向和倒置结构太阳能电池的空穴传输层;在这两种情况下，所构建的太阳能电池都具有更好的电力转换效率和运行稳定性。

钙钛矿太阳能电池(PSC)因其飞速的功率转换而引起了光伏界的极大兴趣。此外，PSC可以使用低成本生产工艺，利用广泛可用的丰富原材料来扩大规模。这些方面都显示出PSC作为未来主流光伏技术的前景。

然而，钙钛矿太阳能器件在实际工作条件下的长期稳定性仍需进一步提高以满足市场需求。

立陶宛KTU的化学家团队合成了一种带有可热交联乙烯基的新型9,9'-螺二芴衍生物，可以帮助解决上述一些挑战。热交联后，形成光滑且耐溶剂的三维(3D)聚合物网络，将其用作空穴传输材料来构建钙钛矿太阳能电池。

“共聚发生在相对较低的温度(103°C)下，这使得该技术可以安全地用于在钙钛矿上浇铸层，而钙钛矿层不耐140°C以上的温度。另一个非常重要的方面是，聚合过程非常快，这显然是由于单体的特定空间构型所致。”该发明的作者之一、博士生ŠarunėDaškevičiūtė-Gegužienė说道。KTU化学技术学院的学生。

由此产生的器件表现出比传统空穴传输材料(PTAA或Spiro-OMeTAD)更好的能量转换效率，最重要的是，稳定性。

商业化可能性，正在申请专利

PSC是分层的新一代太阳能电池，可以具有两种结构——常规(nip)和倒置(pin)。在后者中，空穴传输材料沉积在钙钛矿吸收层下方。KTU实验室合成的单体可以轻松生产耐溶剂的三维(3D)聚合物，可用于两种类型的钙钛矿太阳能电池。

KTU有机半导体合成研究小组的首席研究员VytautasGetautis教授解释说：“聚合物合成是通过将单体层加热短短15分钟来进行的，产生空间结构的不溶性聚合物基质。”

迄今为止，传统结构(nip)钙钛矿太阳能电池的最佳性能已通过经过充分研究的p型半导体Spiro-OMeTAD实现。然而，后者由于其溶解性而尚未在倒置结构(pin)器件中得到应用，因​​为钙钛矿层成型中使用的极性溶剂会溶解下面的空穴传输层。

KTU实验室合成的9,9'-螺二芴衍生物可产生交联的耐有机溶剂聚合物层。同时，在(nip)结构器件的构造中，在钙钛矿层上形成的9,9'-螺二芴衍生物与二硫醇(例如4,4'-硫代双苯硫醇)的共聚物可保护其免受外部不良影响，例如湿度。

研究人员表示，这种新型合成材料具有很高的商业化潜力。因此，向欧盟、美国和日本专利局提交了专利申请。

立陶宛和日本科学家之间的合作

研究人员强调，所取得的成果是立陶宛和日本科学家之间成功合作的产物。

“几年来，我们的研究小组一直与京都大学的AtsushiWakamiya教授合作，该教授不仅在日本而且在全世界的钙钛矿太阳能电池研究人员中都很有名。正是他们设计并表征了钙钛矿太阳能电池Getautis教授说：“我们使用我们合成的p型有机半导体来制造细胞。”

KTU化学家的长期合作伙伴、维尔纽斯大学的VygintasJankauskas教授对这些半导体的电特性进行了研究。

KTU研究小组在Getautis教授的领导下，负责太阳能技术领域的众多创新。其中包括合成化合物，它们自组装成分子薄层，充当空穴传输材料，已用于构建破纪录的硅-钙钛矿串联太阳能电池。

Getautis教授表示，在所有可再生能源中，太阳能潜力最大，但开发利用最少。然而，由于新的研究，这个领域正在呈指数级发展。据估计，到2050年，地球上大约一半的电力将由太阳能产生。

“太阳能是完全绿色的能源，无污染，安装的太阳能发电场不需要太多维护。考虑到时事和能源危机，越来越多的人有兴趣在家中安装太阳能发电站“或者拥有太阳能发电厂的股份。这是能源的未来。”Getautis教授说道。