多福多寿

我最喜欢的图形之一是科学技术进步的视觉效果。由美国国家可再生能源实验室策划，它用图表记录了各种光伏电池的所有破纪录的效率，并注明了它们是在何时何地实现的。

图表上的大多数线都有平缓的梯度，表明在几十年的工作中缓慢而稳定的进展。但看看图的右下角，你会看到一个不同的故事:一条红色的线，点缀着黄色的点，以一个粗大的60°角从不知哪里冒出来。这些是钙钛矿电池，基于半导体，如甲基铵卤化铅。该技术在过去十年中取得了惊人的进步，目前的效率超过22%，与最好的商用硅电池相当。

钙钛矿电池依赖于比硅电池更薄的吸光层，并且可以使用高通量的基于解决方案的工艺来制造，因此它们可能提供一种更便宜、更少资源密集型的方式来利用太阳能。当与硅电池结合使用时，它们可以吸收太阳光谱中未使用的部分，将电池板的整体效率提高几个百分点。

然而，高效率并不是一切。长期稳定性仍然是钙钛矿面临的主要挑战，特别是当商业电池可能需要保持20年或更长时间的良好性能时。

多年来，研究人员一直警告说，随着业界竞相创造新的效率记录，对这些电池的关键稳定性研究被忽视了。现在，赫尔辛基阿尔托大学的研究人员进行的一项文献分析显示，稳定性测试远远达不到将这些电池推向市场所需的水平。¹

在黑暗中

研究人员通常使用加速老化测试来计算太阳能电池的使用寿命。根据经验，持续浸泡1000小时的光照大致相当于北欧一年的正常光照。在此期间，研究人员可能会记录电池效率的变化、电流和电压之间的关系、钙钛矿材料本身的结构以及许多其他因素，这些因素使他们能够推断电池的寿命。

这些测试也为比较不同钙钛矿材料、细胞结构和制备技术对细胞老化的影响提供了重要的基准。为了进行公平的比较，研究人员需要报告有关测试条件的精确细节，并从几个相同的细胞中提供统计上可靠的结果。在很多情况下，这并没有发生。

阿尔托团队调查了2016年发表的157篇文章，这些文章报道了钙钛矿或相关类别的染料敏化太阳能电池的稳定性测试。他们发现，大约一半关于钙钛矿的文章只报告了单个细胞的结果，只有10%的文章测试了10个或更多的细胞，足以提供合理可靠的性能评估。

一半的衰老研究是在黑暗中进行的，只有13%的细胞真正产生了能量，这很难模仿它们在现实生活中的使用方式。与此同时，这些文章很少报道测试期间的湿度和温度，或者照射到细胞上的紫外线强度。由于钙钛矿对水分特别敏感，已知紫外光会加速其降解，因此这些是显著的差距。

这并不是说研究人员在钙钛矿稳定性方面没有取得进展。

去年有报道称，钙钛矿太阳能电池板的效率保持在11.2%超过10,000小时，钙钛矿细胞在20%效率超过1000小时在60°C的阳光下。但根据阿尔托的分析，这些往往是例外。幸运的是，研究人员可以采取一些简单的步骤来提高他们的水平。

制定标准

实验室细胞通常是手工制作的，所以准备一打细胞进行测试无疑是一件麻烦事。然而，测试过程的其余部分可以相对容易地简化。研究人员可以将多个电池连接在一起，并使用廉价的工具包和简单的计算机代码自动监测它们的性能，以及它们所经历的温度、湿度和光照强度。阿尔托团队还建议实验室应该投资更大的测试设备——比如50x50厘米——这样就可以并行测试更多的细胞。

商用硅太阳能电池的耐久性测试是基于国际公认的标准。类似地，研究其他电池(例如有机太阳能电池)的研究人员已经就基本测试协议达成了一致。

钙钛矿研究人员也应该这样做，阿尔托团队建议举行一系列国际峰会，以研究出这些标准。这些讨论还可以为研究人员创造机会，与经过认证的标准实验室合作，以确定进行这些测试的最佳方法。

编辑和同行审稿人的态度也需要改变。一些期刊已经列出了光伏研究论文中应该报告的内容的清单，但更严格的标准应该全面应用。即使规定了最少要测试的细胞数量，并要求温度、湿度和光照强度都要量化，也会产生很大的不同。正如阿尔托团队所指出的那样，这些数据也可以用于计算研究，以找出导致退化的共同因素。

钙钛矿电池已经拥有一个光明的未来。但更好的稳定性测试将帮助它们拥有更长久、更有利可图的寿命。