水汽使得太阳能电池变得高效！

材料牛注：来自冲绳科学与技术研究生学院的研究者们发现，水汽是引起掺杂剂再分布的空气成分，会使太阳能电池的电学性能得到增强，从而引领钙钛矿太阳能电池性能改善的未来走向。

钙钛矿太阳能电池是光电前景中崛起的新星。自从其问世以来，不到十年，它们的效率已经翻倍得到提高，目前已超过了22%，这在可再生能源领域是令人十分惊叹的。从表征光天线层获得“钙钛矿”的命名，这些太阳能电池比传统结晶硅电池更轻、更廉价、更柔韧。

钙钛矿太阳能电池在制造后，通常置于周围环境中数小时。这个过程提高了电池的效率，即使这种现象背后的原因还不明了。目前，这种做法的科学解释已由Yabing Qi教授带领的来自冲绳科学与技术研究生学院的能原材料和表面科学部门的研究者们发现。他们的研究结果发表于Advanced Materials Interfaces。

Zafer Hawash，该研究的第一作者，也是冲绳科学与技术研究生学院的一名博士生，评论道：“为什么我们需要周围空气来提高钙钛矿太阳能电池的效率？这个问题是非常有趣的。”“这种现象与周围空气中的哪种成份有关？”围绕着这些问题，研究者们聚焦于太阳能电池的最顶层。

这种选择是合乎逻辑的，因为即使钙钛矿太阳能电池包含好几层，其中都可能对电池的效率起到关键作用，而最顶层是与周围空气直接接触的一层。因此，这是最容易受外部环境影响的一层。这一层被称为“空穴传输层”，而且有一个掺杂剂，提高了该材料的电导率。Hawash说道，“我们已经知道了该空穴传输层的掺杂剂对于钙钛矿太阳能电池的性能起到了关键的作用，但是如何起作用并不明确。”

科学家们控制暴露于环境气体（聚焦于氧气、氮气和水汽—气相的水）中的空穴传输层。然后，他们通过一系列方法检查了空穴传输层的电性能，来查看传输层内部是否变化以及如何变化。Hawash解释道，“我们发现氧气和氮气对掺杂剂的再分布没有任何作用，但是就水汽而言，太阳能电池的效率提高了。这就是新发现：水汽是引起掺杂剂再分布的空气成分，从而使太阳能电池的电性能得到增强。”

科学家们通过传输层的结构来解释这种现象，这种结构有许多小孔，可使周围环境和底层材料间的气体通过。在传输层中的掺杂剂是一种盐—锂TFSI。作为一种盐，该掺杂剂具有吸湿性：可以吸收水。当太阳能电池暴露于水汽中时，由传输层吸收的水导致掺杂剂的再分布。然而，长期暴露于水汽中对于太阳能电池来说是不利的。

在他们实验期间，研究者们也证明了氧气对于太阳能电池性能的影响。Hawash说道，“氧气同样增强了传输层的电导率，但是这种效果不会持续太久。随着合适的暴露于水汽中的量，电性能得到了不可逆的增强。”

制造电池后，将该装置暴露于水汽中可有效提高太阳能电池的性能。相反，接下来，水是钙钛矿太阳能电池正常工作的必需品。这个研究发现对于钙钛矿太阳能电池的未来是很重要的，它最终解释了一个谁最有效的惯例，从而引领钙钛矿太阳能电池性能改善的未来走向。

原文参考地址：Watering solar cells makes them grow … in power!

本文由编辑部丁菲菲提供素材，朱星烨编译，点我加入材料人编辑部。

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