研究人员表明太阳能可以修复太空真空中的太阳能电池缺陷

澳大利亚研究人员证明，在近地轨道上受到质子辐射损坏的钙钛矿太阳能电池可以通过在热真空中退火来恢复高达100%的原始效率。

这是通过仔细设计空穴传输材料(HTM)来实现的，该材料用于将光生正电荷传输到电池中的电极。

该多学科项目是第一个使用热导纳光谱(TAS)和深能级瞬态光谱(DLTS)来研究质子辐照和热真空恢复钙钛矿太阳能电池(PSC)的缺陷。这也是首次使用具有适合商业应用的高功率重量比的超薄蓝宝石衬底的研究。

研究结果发表在《先进能源材料》杂志上。

由于制造成本低、效率高且抗辐射能力强，轻质PSC是为低成本太空硬件提供动力的有力候选者。

之前所有PSC的质子辐照研究都是在厚度超过1毫米的较重基底上进行的。在这里，为了利用高功率重量比，悉尼大学的一个团队使用了0.175毫米的超薄抗辐射且光学透明的蓝宝石基板。该项目由AnitaHo-Baillie教授领导，她也是ARC激子科学卓越中心的副研究员。

使用ANSTO加速器科学中心(CAS)的高能重离子微探针将电池暴露于7兆电子伏(MeV)质子的快速扫描笔形束中，模拟太阳能电池板将受到的质子辐射暴露低地球轨道(LEO)卫星绕地球运行数十至数百年。

结果发现，具有流行HTM和HTM内流行掺杂剂的电池类型的耐辐射性低于其竞争对手。所讨论的HTM是化合物2,2,'7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD)，而掺杂剂是双锂(三氟甲磺酰基)亚胺(LiTFSI)。

通过化学分析，研究小组发现，质子辐射引起的LiTFSI中的氟扩散会给钙钛矿光吸收剂的表面带来缺陷，这可能会导致电池随着时间的推移而退化和效率损失。

“感谢激子科学提供的支持，我们能够获得深层次瞬态光谱能力来研究细胞中的缺陷行为，”主要作者唐诗博士说。

研究小组能够确定不含Spiro-OMeTAD和LiTFSI的细胞不会遭受氟扩散相关的损伤，并且质子辐射引起的降解可以通过真空热处理来逆转。这些抗辐射细胞具有聚[双(4-苯基)(2,5,6-三甲基苯基)(PTAA)或PTAA和2,7-二辛基[1]苯并噻吩[3,2-b]的组合[1]苯并噻吩(C8BTBT)作为空穴传输材料，三(五氟苯基)硼烷(TPFB)作为掺杂剂。

Ho-Baillie教授说：“我们希望这项工作产生的见解将有助于未来为未来太空应用开发低成本轻质太阳能电池。”