钙钛矿稳定性研究新进展：PID是罪魁祸首？

科学家们发现，钙钛矿太阳能电池，特别是钙钛矿 - 硅串联叠层电池可能容易受到电势差诱导衰减（PID）的影响。他们将串联叠层电池设备暴露在 PID 测试环境下，仅仅一天后，便发现电池的初始性能损失多达 50%。

钙钛矿太阳能电池的稳定性一直是钙钛矿技术除大面积转换效率之外的另一重要挑战，目前对于稳定性的研究主要集中在材料对水分、高温和其他环境条件的敏感性上。对于晶硅电池来说，PID效应一直是晶硅光伏组件性能的重大隐患，其中封装材料的防水性能则是引起PID效应的重要因素。

迄今为止研究人员已经为晶硅电池的抗PID找到了一些办法来，能抑制或延缓PID的发生。但关于PID在钙钛矿等新兴光伏技术中的探索则要少得多，钙钛矿电池效率的衰减（不稳定性）是否也和晶硅电池的PID效应相似呢？

由沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学(KAUST) 的科学家团队评估了其实验室制造的钙钛矿 - 硅串联器件的 PID 敏感性。他们发现，在钙钛矿可以商业化和大规模部署之前，可能需要在这个问题上做更多的工作。

研究人员表示，“尽管 PID 稳健性对于商业化很重要，但没有对钙钛矿/硅串联器件中的 PID 效应进行研究，科学家们评估了高系统电压对封装钙钛矿/硅串联器件的影响，提供对其根本原因的分析并制定缓解策略。”

IEC 61215 标准中概述的PID 测试标准规定，组件应该能够在湿热条件（85 C，85%湿度）下以最大系统电压通过 96 小时，初始效率损失应小于5%。事实上，为了抑制PID现象，研发人员和生产实验室往往对PID效应进行加严测试，比如将测试时间延长至192小时，或3倍、4倍，系统电压提升至1500V等。

在 KAUST 测试的串联叠层电池结果显示，在 1,000 V 负偏压和 60 摄氏度的较低温度下 22 小时后，其初始性能损失了 53%。对照样品在没有电压偏压的情况下暴露在相同的温度下，表面PID 是造成该性能损失的最大诱因。

测试后，研究人员将电池拆开并使用成像技术来了解这种衰减是如何发生的，发现钙钛矿层中的各种材料都已经扩散到封装层材料中，这表明电压可以改变钙钛矿的结构并降低其作为太阳能电池的性能，而这同时又意味着这种PID效应与晶硅电池常见的 PID 效应相关机制不同，普遍认为，晶硅电池PID效应是由电池中的钠离子迁移造成。

但不管何种机制，钙钛矿层中的材料迁移和晶硅电池中的钠离子迁移，都引起了漏电流的发生。在减轻这种影响方面，研究人员认为在无封装材料存在时，电池与玻璃不接触，可能减少漏电流的发生。

但这种假设很难实现，因为钙钛矿需要防潮、防止与水汽接触，无封装材料会导致其他问题。因此，研究人员认为，需要找到一种技能防止钙钛矿材料扩散而不以其他方式损害电池性能的材料。

测试还表明，和晶硅电池的PID效应相似，施加反向电压，产生反向电流至少可以部分“治愈”这种性能损失。该研究成果已发布在《电池报告物理科学》上，题为“钙钛矿/硅串联光伏模块中的PID衰减”。