钙钛矿电池：你离诺贝尔奖到底有多远？

2017-10-09 10:19:17 PV兔子　点击量：评论 (0)

为什么当红炸子鸡却中不了奖?2017年诺贝尔化学奖今天尘埃落定，跨界颁发给了发明冷冻电子显微镜技术的科学家，也算是爆了一个小小的冷门。时钟拨回一个星期前，各路预测机构纷纷搬出诺贝尔花落谁家的预言，而广大

钙钛矿电池还差点什么?稳定性

希望多多，问题多多。硅基太阳能电池设置了一个难以逾越的标杆——25年到30年的寿命，转换效率衰减不超过初始效率的15%。这对任何要想替代传统硅基太阳能电池的新型太阳能电池都是极大的考验，尤其以有机-无机金属卤化物钙钛矿材料MAPbI3为甚，如果轻易的把钙钛矿材料暴露在氧、水、紫外线、热源下面而不加以有效隔离，转换效率分分钟可以从20%降到测不出来。

其中的罪魁祸首之一是水，钙钛矿CH3NH3PbI3首先是怕水。水直接参与打散MA和PBI3的键合，一路不可逆分解走向不归路。最终变成HI和氢气之类的存在，而H2O作为催化剂再回来继续搞破坏。或许从材料改性上讲，增强MA和PbI3的键合是一个解决方案，但或许最简单粗暴有效的办法是加强组件封装，隔绝湿气。

怕紫外线，这就更要命了。仔细的封装可以屏蔽掉水，但是太阳能电池不能不让晒太阳吧，岂不成了笑话?一般认为，TiO2电子传导层是紫外线衰减的原因。要么屏蔽掉紫外线，要么改性TiO2，要么去掉TiO2，要么在TiO2和钙钛矿之间加个隔离层，学者想了很多办法，正在尝试解决这个问题。

怕热。高温会给钙钛矿电池带来一系列的问题，主要是分解和断层。在氮气、空气、氧气的环境下，电池对温度的耐受性各有不同，但是结局基本上都是分解为PbI2。材料改性开发出耐分解的材料或者结构是解决问题的关键。

上面主要讲了钙钛矿吸收层MAPbI3本身，但是配套的无论是电子传导层ETM还是空穴传导层HTM，都或多或少的有稳定性的问题。要不是自身会因为紫外线、水、空气、温度产生缺陷或者分解，要不就是可能会与钙钛矿吸收层本身产生反应。前者主要从材料的改性上加以克服，后者主要的考虑是嵌入缓冲层与钙钛矿吸收层隔离开来。

一般来讲，稳定性和效率之间不可兼得，其间需要进行取舍。比如引入溴Br可以解决很多稳定性问题，但是效率就要差一些了。

另一个要命的问题是毒性

对于有机-无机杂化钙钛矿电池的大规模应用，必须克服的一个关键问题是钙钛矿电池是含铅的。从市场和大规模应用的角度来讲，铅的存在是一个巨大的障碍。然而不幸的是，铅这种毒性的物质，作为结构的骨干，无论是对于钙钛矿电池的高效率还是稳定性，都非常重要。元素周期表扫过，替代PbI3的产品到有不少，BiSI2，BiSeI2，CsSnSCl，SnI3，SnIxBrx，都值得学者一一尝试。但是目前为止，好像无铅钙钛矿电池最高转换效率也不到7%，实在是任重道远。