科学探索|“像篮球场上的迈克尔·乔丹”：研究称钙钛矿太阳能电池的寿命可达30年( 二 ) “像篮球场上的迈克尔·乔丹”

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2020年初， Loo的团队正在研究各种设备架构，以保持相对较高的效率--将足够的太阳光转换为电力，使其具有价值--并在太阳能电池使用期间遭受热、光和湿度的冲击时仍能生存。
Loo实验室的博士后研究员赵晓明一直在与同事们进行一些设计。他们努力将不同的材料分层，以优化光的吸收，同时保护最脆弱的区域不受影响。他们在两个关键部件之间开发了一个超薄的封盖层：吸收性过氧化物层和由铜盐和其他物质制成的电荷携带层。目标是使钙钛矿半导体在几周或几个月内不被烧毁，这在当时是很正常的。
很难理解这个封盖层有多薄。科学家们用2D这个词来描述它，意思是两个维度，就像没有厚度的东西一样。在现实中，它仅仅是几个原子的厚度--比人眼能看到的最小的东西小一百万倍以上。虽然二维封盖层的想法并不新鲜，但它仍然被认为是一种有前途的新兴技术。NREL的科学家们已经表明，二维层可以大大改善长距离的性能，但没有人开发出一种装置，将钙钛矿推向接近20年寿命的商业门槛。
赵晓明和他的同事们经历了这些设计的几十种排列组合，改变了几何形状中的微小细节，改变了层数，并尝试了几十种材料组合。每种设计都被放入灯箱中，在那里他们可以用无情的强光照射敏感的设备，并测量其性能随时间的下降。
那年秋天，随着第一波大流行病的消退，研究人员回到他们的实验室，在精心协调的轮班中照顾他们的实验，赵晓明注意到数据中的一些奇怪之处。一组设备似乎仍在接近其峰值效率的状态下运行。
他说：“在近半年之后，基本上没有下降。”这时他意识到他需要一种方法来对他的设备进行压力测试，其速度比他的实时实验所允许的要快。
“我们想要的寿命大约是30年，但你不能用30年时间来测试你的设备， ”赵晓明说。“所以我们需要一些方法在合理的时间范围内预测这个寿命。这就是为什么这种加速老化非常重要。”
新的测试方法通过对设备进行照明，同时对其进行加热来加速老化过程。这个过程加速了多年来定期暴露的自然发生的情况。研究人员选择了四个老化温度，并测量了这四个不同数据流的结果，从典型夏日的基线温度到华氏230度的极端温度，高于水的沸点。
然后他们从综合数据中进行推断，预测该设备在室温下连续照明数万小时后的性能。结果显示，在平均温度为95华氏度的情况下，该设备在连续照明下的性能将超过其峰值效率的80% ，至少可持续5年。使用标准的转换指标， Loo说这相当于在新泽西州普林斯顿这样的地区进行30年的户外操作。
【科学探索|“像篮球场上的迈克尔·乔丹”：研究称钙钛矿太阳能电池的寿命可达30年】NREL的Berry表示赞同。“这是非常可信的， ”他说。“有些人仍然希望看到它的效果。但这是比其他很多预测的尝试更可信的科学。”
太阳能电池界的“迈克尔·乔丹”
钙钛矿太阳能电池在2006年被首创，第一批公布的设备在2009年出现。最早的一些设备只持续了几秒钟。其他的是几分钟。在2010年代，设备的寿命增长到几天和几周，最后是几个月。然后在2017年，来自瑞士的一个小组发表了一篇关于PSC的突破性论文，该装置持续了一整年的连续照明。