水汽使得太陽能電池變得高效！

材料牛注：來自沖繩科學與技術研究生學院的研究者們發現，水汽是引起摻雜劑再分布的空氣成分，會使太陽能電池的電學性能得到增強，從而引領鈣鈦礦太陽能電池性能改善的未來走向。

鈣鈦礦太陽能電池是光電前景中崛起的新星。自從其問世以來，不到十年，它們的效率已經翻倍得到提高，目前已超過了22%，這在可再生能源領域是令人十分驚嘆的。從表征光天線層獲得“鈣鈦礦”的命名，這些太陽能電池比傳統結晶硅電池更輕、更廉價、更柔韌。

鈣鈦礦太陽能電池在制造后，通常置于周圍環境中數小時。這個過程提高了電池的效率，即使這種現象背后的原因還不明了。目前，這種做法的科學解釋已由Yabing Qi教授帶領的來自沖繩科學與技術研究生學院的能原材料和表面科學部門的研究者們發現。他們的研究結果發表于Advanced Materials?Interfaces。

Zafer Hawash，該研究的第一作者，也是沖繩科學與技術研究生學院的一名博士生，評論道：“為什么我們需要周圍空氣來提高鈣鈦礦太陽能電池的效率？這個問題是非常有趣的。”“這種現象與周圍空氣中的哪種成份有關？”圍繞著這些問題，研究者們聚焦于太陽能電池的最頂層。

這種選擇是合乎邏輯的，因為即使鈣鈦礦太陽能電池包含好幾層，其中都可能對電池的效率起到關鍵作用，而最頂層是與周圍空氣直接接觸的一層。因此，這是最容易受外部環境影響的一層。這一層被稱為“空穴傳輸層”，而且有一個摻雜劑，提高了該材料的電導率。Hawash說道，“我們已經知道了該空穴傳輸層的摻雜劑對于鈣鈦礦太陽能電池的性能起到了關鍵的作用，但是如何起作用并不明確。”

科學家們控制暴露于環境氣體（聚焦于氧氣、氮氣和水汽—氣相的水）中的空穴傳輸層。然后，他們通過一系列方法檢查了空穴傳輸層的電性能，來查看傳輸層內部是否變化以及如何變化。Hawash解釋道，“我們發現氧氣和氮氣對摻雜劑的再分布沒有任何作用，但是就水汽而言，太陽能電池的效率提高了。這就是新發現：水汽是引起摻雜劑再分布的空氣成分，從而使太陽能電池的電性能得到增強。”

科學家們通過傳輸層的結構來解釋這種現象，這種結構有許多小孔，可使周圍環境和底層材料間的氣體通過。在傳輸層中的摻雜劑是一種鹽—鋰TFSI。作為一種鹽，該摻雜劑具有吸濕性：可以吸收水。當太陽能電池暴露于水汽中時，由傳輸層吸收的水導致摻雜劑的再分布。然而，長期暴露于水汽中對于太陽能電池來說是不利的。

在他們實驗期間，研究者們也證明了氧氣對于太陽能電池性能的影響。Hawash說道，“氧氣同樣增強了傳輸層的電導率，但是這種效果不會持續太久。隨著合適的暴露于水汽中的量，電性能得到了不可逆的增強。”

制造電池后，將該裝置暴露于水汽中可有效提高太陽能電池的性能。相反，接下來，水是鈣鈦礦太陽能電池正常工作的必需品。這個研究發現對于鈣鈦礦太陽能電池的未來是很重要的，它最終解釋了一個誰最有效的慣例，從而引領鈣鈦礦太陽能電池性能改善的未來走向。

原文參考地址：Watering solar cells makes them grow … in power!

本文由編輯部丁菲菲提供素材，朱星燁編譯，點我加入材料人編輯部。

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