一項新研究為商業化鈣鈦礦太陽能電池的競賽注入了新的動力。鈣鈦礦技術因其低成本和高效率而受到讚譽，但耐用性不足一直是其發展的障礙。來自中國、澳門和法國的研究人員報告了一種化學策略，直接針對太陽能材料內部的光驅動降解問題。研究顯示，鈣鈦礦電池在光照下可以保持高效率達數千小時，這是實際應用的重要要求。
金屬鹵化物鈣鈦礦的性能迅速接近甚至可與矽太陽能電池相媲美。然而，當暴露於光和氧氣時，這些材料會形成超氧化物自由基，從內部損害晶體結構。這種內部劣化的問題難以通過傳統的封裝等屏障來阻止。新研究的重點是中和導致損害的化學反應，而不是僅僅保護設備。
國際團隊在反向鈣鈦礦太陽能電池中引入了一種受阻胺光穩定劑。這些穩定劑已經在塑料中用於防止陽光損害，但這是它們在鈣鈦礦光伏中的有效性首次得到演示。在光照下，受阻胺吸收光能並轉化為一種亞硝基自由基，這種物質會與鈣鈦礦層內形成的超氧化物自由基反應。通過及早中和這些自由基，穩定劑能夠防止對有機離子和碘化鉛鍵結的攻擊，從而避免結構崩潰。
這種方法的一個關鍵優勢是穩定劑能夠持續發揮作用。自由基清除過程是再生的，意味著該分子可以在設備運行過程中持續中和有害物質而不被消耗。除了阻止化學反應外，穩定劑的功能基團還能與鈣鈦礦薄膜中常見的缺陷結合。這些缺陷通常會作為陷阱狀態，使電荷載流子重新結合並以熱的形式浪費能量。通過與未鍵合的鉛離子和碘空位協調，添加劑能夠鈍化這些陷阱。
這導致更大的晶體顆粒、更平滑的薄膜和更少的非輻射損失。測量顯示缺陷密度降低，載流子壽命延長，界面能量對齊得以改善。這些改進有助於電荷更高效地在設備中移動，提升功率輸出而不增加製造複雜性。
得益於結合的化學保護和缺陷控制，研究人員實現了26.74%的經認證功率轉換效率。這些設備是在環境空氣條件下製造的，突顯了該方法的實用性。穩定性測試顯示同樣令人印象深刻的結果。未封裝的電池在1,000小時的連續光照下保留了超過95%的初始效率。相比之下，許多高效率的鈣鈦礦電池在幾百小時內就會顯著下降性能。
研究人員指出，「這項工作表明，鈣鈦礦太陽能電池中的光不穩定性並不是不可避免的材料問題，而是一個可以通過化學手段解決的問題。」作者強調，受阻胺策略可以輕鬆融入現有的鈣鈦礦設備設計和可擴展的製造技術，這使其對於商業應用如建築整合太陽能電池板和與矽搭配的串聯模塊具有吸引力。這一理念也可能超越鈣鈦礦，結合自由基清除和缺陷鈍化的技術，可能對用於LED和光電探測器的其他光敏電子材料有益。這項研究發表在《eScience》期刊上。
