眾所周知，鈣鈦礦材料的較差穩(wěn)定性導(dǎo)致鈣鈦礦太陽(yáng)能電池無(wú)法長(zhǎng)期穩(wěn)定高效地工作，這也是此種下一代光伏技術(shù)走向大規(guī)模實(shí)用的瓶頸。究其原因，鈣鈦礦的不穩(wěn)定與眾多因素有關(guān)，包括濕氣及離子轉(zhuǎn)移、熱或光照下的內(nèi)部不穩(wěn)定性、熱老化及光致化學(xué)反應(yīng)等等。為了控制老化、提升鈣鈦礦電池的穩(wěn)定性，科學(xué)家們也發(fā)現(xiàn)了幾種方法，包括引入鈣鈦礦/氧化鎳顆粒、成分調(diào)整、使用混合離子合成鈣鈦礦材料、引入碳電極及利用溶劑工程生成高質(zhì)量結(jié)晶等等。

最近，韓國(guó)全北國(guó)立大學(xué)Yoon-BongHahn等研究者為了解決由于鈣鈦礦材料降解導(dǎo)致的穩(wěn)定性問(wèn)題提出一個(gè)新方法：基于鈣鈦礦/銀納米顆粒錨定的還原氧化石墨烯（Ag-rGO）復(fù)合物制備鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。他們發(fā)現(xiàn)活性層中的Ag-rGO不僅阻礙破壞性的離子遷移及擴(kuò)散，而且會(huì)加速電荷傳輸及提高器件的熱穩(wěn)定性及光穩(wěn)定性，從而提升鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

本文中作者采用的太陽(yáng)能器件的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1a所示，總體還是采用介孔結(jié)構(gòu)的器件結(jié)構(gòu)，截面電鏡示意圖如圖1b所示。因?yàn)殁}鈦礦材料中的離子和分子中，碘離子的直徑最小，為0.412nm，即便如此也不能穿透復(fù)合材料中的晶格常數(shù)為0.246nm的石墨烯片。石墨烯片的存在可以阻止鈣鈦礦層中的離域離子運(yùn)動(dòng)，從而抑制缺陷的出現(xiàn)和降解。圖1c是Ag-rGO阻礙鈣鈦礦碘離子及水分子的示意圖，這也是其提高穩(wěn)定性的精髓！

作者關(guān)于含Ag-rGO和不含Ag-rGO的鈣鈦礦活性材料進(jìn)行了加熱老化實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，加入Ag-rGO后的鈣鈦礦穩(wěn)定性大大提高，而未加入Ag-rGO的鈣鈦礦降解較快，這驗(yàn)證了作者設(shè)計(jì)方法的有效性。

作者分別制造了基于鈣鈦礦/Ag-rGO復(fù)合材料以及基于鈣鈦礦的太陽(yáng)能電池器件，以研究Ag-rGO關(guān)于電池性能的影響。加入Ag-rGO的器件，內(nèi)量子效率明顯提高，對(duì)應(yīng)著積分電流也隨之增強(qiáng)。未加入Ag-rGO的器件，其反掃的效率會(huì)高于正掃的效率，也就是出現(xiàn)了遲滯現(xiàn)象。器件的熱穩(wěn)定性測(cè)試中，在加熱到90℃條件下，加入Ag-rGO的電池器件明顯具有更好的穩(wěn)定性，80小時(shí)后幾乎沒(méi)有衰減；相比之下，未加入Ag-rGO的器件性能大幅下降。在持續(xù)光照下，加入Ag-rGO的器件也具有較好的穩(wěn)定性，在3600s后，器件仍舊具有較好的穩(wěn)定性。此外，在長(zhǎng)期穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)中，加入Ag-rGO的電池器件表現(xiàn)非常出色，在環(huán)境條件下330天內(nèi)，性能參數(shù)幾乎沒(méi)有變化。

過(guò)針刺 低溫防爆18650 2200mah

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充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

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圖3.(a)內(nèi)量子效率曲線(xiàn),(b)電流-電壓曲線(xiàn),(c)隨著加熱老化時(shí)間效率變化,(d)隨著光照時(shí)間變化效率變化曲線(xiàn)。圖片來(lái)源：ACSEnergyLett.

總之，通過(guò)Ag-rGO對(duì)鈣鈦礦的摻雜，器件的性能及穩(wěn)定性都雙雙提高，Ag納米顆粒的用途是將其功函提高。Ag-rGO展現(xiàn)了p型的行為，不僅能夠阻擋離子擴(kuò)散，成為電荷傳輸?shù)挠行ǖ?，而且可以提高電池的光熱穩(wěn)定性。其中特別值得一提的是，長(zhǎng)期穩(wěn)定性也得到了明顯的提升。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池假如要實(shí)用化，首先要提高穩(wěn)定性，因此該方法為后續(xù)產(chǎn)業(yè)化供應(yīng)了很好的借鑒。