鈣鈦礦太陽能電池（Perovskite Solar Cells, PSCs）在光伏技術領域中備受矚目，然而其在逆偏壓條件下的穩定性一直是一大挑戰。當部分太陽能電池模塊被遮蔽，而其他模塊仍暴露在陽光下時，未遮蔽的電池會試圖通過被遮蔽的電池驅動電流，導致被遮蔽電池的溫度升高並可能受損，這種情況被稱為「逆偏壓條件」，會使太陽能電池變得不穩定並隨時間惡化。
來自北卡羅來納大學教堂山分校的研究人員最近提出了一種新策略，可以在逆偏壓條件下提升鈣鈦礦太陽能電池的穩定性。這項策略發表在《自然能源》（Nature Energy）期刊上，有望促進鈣鈦礦基光伏技術在現實環境中的應用。
該研究的主要作者黃金松教授解釋道：「逆偏壓穩定性或因遮蔽引起的不穩定性問題直到最近才引起光伏社區的注意。對於鈣鈦礦太陽能電池來說，逆偏壓引起的不穩定性過去報告顯示要嚴重得多。」
鈣鈦礦電池的光活性層比其他現有的光伏電池要薄得多，因此逆偏壓條件下產生的電場在這種電池中可能要大得多。此外，鈣鈦礦材料中著名的離子遷移問題也使它們在逆偏壓下更加不穩定。大多數先前的研究報告指出，鈣鈦礦太陽能電池在幾秒鐘到幾分鐘內就會在幾伏的逆偏壓下崩潰或降解。如果這個問題得不到解決，未來的鈣鈦礦模塊將需要許多旁路二極管來保護它們，從而推高製造成本。
堆疊使器件在光熱保持穩定，抑制逆偏壓碘生成和電極腐蝕
黃教授和他的同事觀察到，一些鈣鈦礦太陽能電池在逆偏壓條件下顯得更加穩定，這激發了他們去研究這些電池的穩定機制，並希望能找到有效的方法來穩定鈣鈦礦電池。
通過一系列實驗，研究團隊發現了一系列與逆偏壓條件下鈣鈦礦太陽能電池降解相關的電化學反應，這些反應涉及碘的生成，導致電池中的銅電極腐蝕，進而引發電池的崩潰和降解。受到這些發現的啟發，他們採用了鋰氟化物/氧化錫/氧化銦錫的器件堆疊，這種堆疊同時使器件在光和熱下保持穩定，以抑制逆偏壓下的碘生成和電極腐蝕。結果顯示，改良後的鈣鈦礦太陽能電池在-1.6V的逆偏壓下能夠持續運行長達1000小時，這一優異性能令研究人員大為驚訝。
這些研究成果將有助於開發更穩定的鈣鈦礦基光伏技術，並推動其大規模商業化應用。未來，研究團隊計劃進行更多研究，以進一步探索鈣鈦礦太陽能電池在逆偏壓穩定性的上限。
這項發現刊登在最新一期的《自然能源》（Nature Energy）。
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首圖來源：Nengxu Li et al cc By 4.0
圖片來源：《Nature Energy》 cc By 4.0
參考論文：
1.Barrier reinforcement for enhanced perovskite solar cell stability under reverse biasNature Energy
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