来自立陶宛考纳斯理工大学 (KTU) 的一组化学家合成了用于构建破纪录的钙钛矿太阳能模块的材料，效率为 21.4%。这是通过对活性太阳能电池层进行钝化来实现的，这提高了电池的效率并显着提高了其稳定性。

钙钛矿太阳能电池 (PSC) 是世界上发展最快的太阳能电池技术之一。这些元件是薄层的、重量轻的、灵活的，并且由低成本材料制成。然而，这种类型的太阳能电池仍然面临一个主要问题：钙钛矿材料在环境条件下的快速降解。

破纪录的钙钛矿微型模块。KTU 开发的材料在瑞士洛桑联邦理工学院 (EPFL) 的实验室进行了测试。（图片：KTU）

钝化是提高钙钛矿太阳能电池稳定性的一种简单而有效的方法，被认为是消除钙钛矿材料缺陷及其负面影响的最有效策略之一。钝化的钙钛矿表面对温度或湿度等环境条件的抵抗力更强，并且更稳定，从而延长了设备的耐用性。

KTU 化学家与来自中国、意大利、立陶宛、瑞士和卢森堡科学中心的研究人员一起，使用钝化方法显着提高了钙钛矿太阳能电池的稳定性。钙钛矿表面在钝化过程中变得化学惰性，从而消除了制造过程中出现的钙钛矿缺陷。随后的钙钛矿太阳能电池实现了 23.9% 的效率，并具有长期运行稳定性（超过 1000 小时）。

之前已经应用了钝化，但到目前为止，在传统的三维 (3D) 钙钛矿光吸收体上形成了二维 (2D) 钙钛矿层，这使得载流子难以移动，尤其是在较高温度下。避免这种情况至关重要，因为太阳能电池会变热。该发明的共同作者、KTU 首席研究员 Kasparas Rakštys 博士说。

为了解决这个问题，一个国际研究小组进行了一项研究，估计了形成二维钙钛矿所需的最小能量。3D钙钛矿层的表面被KTU合成的苯乙基碘化铵的不同异构体钝化。这些异构体具有相同的分子式，但原子在空间中的排列方式不同，从而决定了二维钙钛矿形成的概率。

瑞士洛桑联邦理工学院 (EPFL) 的研究人员测试了钙钛矿太阳能微型模块中的材料，其活性面积比典型的实验室规模的钙钛矿太阳能电池大 300 倍以上。这些微型模块实现了创纪录的 21.4% 的太阳能转换效率。破纪录的微型太阳能模块的钙钛矿层表面涂有 KTU 化学家开发的材料。

这项研究证明在防止钝化对太阳能电池的负面影响方面非常有效。已经发现，由于避免二维钙钛矿形成的空间位阻，具有彼此最接近的钝化基团的异构体导致最有效的钝化。有趣的是，空间位阻也被用作不同化学领域的工具，以防止或减缓不良反应。KTU 研究人员说。

该研究发表在Nature Communications 上（“调整苯二铵的结构异构体以提供高效和稳定的钙钛矿太阳能电池和模块”）。

目前，KTU 的研究人员正在与其他国家的同事合作，生产功能性空穴传输材料和新的钙钛矿成分。Rakštys 博士表示，科学领域的国际合作至关重要，因为不可能涵盖化学、物理和材料科学等跨学科领域的所有领域。

从 KTU 获得应用化学硕士学位后，Rakštys 博士在瑞士 EPFL 获得博士学位，后来继续在澳大利亚昆士兰大学担任博士后研究员。今天他在KTU工作。

在著名的外国研究机构工作了 6 年多之后，我决定在立陶宛实现我的科学理念，从而为立陶宛科学的成功发展和普及做出贡献。我相信在自己的国家工作可以提供更多的意义、灵感和自我实现。MJJ 基金会提供的财政支持对这一决定做出了重大贡献。Rakštys 博士说。

KTU 的研究人员合成、测试并旨在应用新材料来生产更高效、更稳定的太阳能电池。

这是一个非常有吸引力的领域，因为钙钛矿太阳能电池是目前发展最快的技术之一，它们的成功商业化可能有助于解决气候变化问题。Rakštys 博士说。

这不是 KTU 科学家第一次在太阳能技术方面创造世界纪录。KTU 化学家与柏林亥姆霍兹中心 (HZB) 研究所的物理学家一起提高了串联硅钙钛矿太阳能电池的效率，目前该电池的效率为 29.8%。这是此类太阳能元件的世界纪录。