原標題：“分子膠”有助於強化鈣鈦礦太陽能電池

在相對較短的時間內，鈣鈦礦太陽能電池已經發展成爲一個非常有前途的、未來清潔能源發電的候選材料。但是要實現這一願景，首先要克服一些設計問題。這些問題在很大程度上與穩定性問題有關，這些問題會導致電池單元在使用過程中迅速惡化。現在，布朗大學的科學家們已經想出了一種方法來解決這個問題，通過使用一種他們稱爲“分子膠”的東西來彌補這一弱點。

上圖：科學家們已經開發出一種新的、更穩定的鈣鈦礦太陽能電池，它使用分子膠水在電池層之間形成牢固的連接。

在過去十年左右的時間裏，科學家們看到了鈣鈦礦太陽能電池性能的穩步提高，這種替代設計現在可以與傳統硅電池的效率相媲美。硅電池還需要昂貴的設備和高溫來生產，而鈣鈦礦電池可以在室溫下相對廉價地製造出來，然後在使用後更容易回收。這些因素與它們出色的光吸收潛力相結合，使它們成爲一個非常有前途的命題。

要知道，每一個鈣鈦礦太陽能電池單元都是由不同的材料製成的，溫度的變化會導致這些不同的層以不同的速率膨脹或收縮，從而產生機械應力，使它們解耦。布朗大學的科學家們把注意力就集中在他們所說的最麻煩的“這些層之間的界面”上，在那裏光吸收鈣鈦礦薄膜與電子傳輸層相遇，電子傳輸層負責管理流過電池單元的電流。

負責此項研究的科學家表示，一個鏈條的強度，取決於它最薄弱的一環。我們認爲這一“界面”是整個堆棧中最薄弱的部分，也就是最有可能失敗的地方。如果我們能加強這一點，那麼我們就能開始真正提高電池的可靠性。

這項研究的基礎始於材料科學家們的早期工作，他們開發了新穎的陶瓷塗層，可用於飛機發動機等高性能環境。 在此基礎上，研究團隊開始研究被稱爲：自組裝單分子層（SAMs）的化合物，如何能幫助他們解決困擾鈣鈦礦型太陽能電池的穩定性問題。

科學家對此解釋道：“這是一大類化合物。當你把它們放在一個表面上時，這些分子就會自我組裝成一層，就像短髮一樣豎立起來。通過使用正確的配方，你可以在這些化合物和各種不同的表面之間形成牢固的鍵。”

這些“SAMs化合物” 可以在室溫下通過浸塗工藝應用到電池單元上，該團隊發現了一種特別有前途的配方。利用硅原子和碘原子組成的SAM，科學家們就能夠在吸收光的鈣鈦礦薄膜和電子傳遞層之間形成牢固的鍵合。

科學家告訴我們：“當我們在界面中引入SAMs時，我們發現它將界面的斷裂韌性提高了約50%，這意味着在界面形成的任何裂縫都不會蔓延太遠。所以實際上，SAMs成爲了一種分子粘合劑，將兩層粘合在一起。”

在測試中，研究小組發現，這種方法顯著提高了鈣鈦礦太陽能電池的壽命，在使用約1300小時後，鈣鈦礦太陽能電池仍保持80%的峯值效率。與之相比，非SAM電池單元只能持續約700小時，研究小組預計他們的新設計可以在這個水平上運行約4000小時。硅電池通常能在25年內提供這種性能，因此還有很多工作要做，但跡象顯示前景光明。

主持此項研究的科學家告訴我們：“我們做的另一件事是人們通常不會做的事情，那就是我們在檢測後打破了電池單元。在沒有SAM的對照單元中，我們看到了各種損傷，如空洞和裂縫。但是有了SAM，增韌的界面看起來真的很不錯。這是一個令我們震驚的戲劇性進步。”

值得注意的是，研究人員說，添加SAMs並不會降低電池的效率，相反，它實際上通過消除兩層連接在一起時通常會形成的小缺陷，在一定程度上提高了電池的效率。他們希望能在這項研究的基礎上，將該項技術應用到鈣鈦礦太陽能電池層的其他層之間的界面上，從而進一步提高穩定性。這是一種需要進行的研究，目的就是製造廉價、高效、性能良好的太陽能電池。

如果朋友們喜歡，敬請關注“知新了了”！