在一段不长的时间内，钙钛矿太阳能电池已经成为一个非常有前途的、未来发电的候选材料。但首先要克服一些设计问题：很大程度上与稳定性问题有关，即在使用过程中电池单元可能会迅速退化。

不过，美国布朗大学（Brown University）的科学家们已经提出了一种解决方法，通过使用一种他们称为“分子胶”的东西来弥补上述弱点。他们的研究成果已于近日被刊登在了《科学》（Science）期刊杂志上。

在过去十年左右的时间里，科学家们看到了钙钛矿太阳能电池性能的稳步提高，这种替代设计现在可以与传统硅电池的效率相媲美。硅电池还需要昂贵的设备和高温来生产，而钙钛矿电池可以在室温下相对便宜地制造，并且在使用后更容易回收。这些因素加上它们优异的吸光潜力使它们成为一个非常有前途的替代品。

需要注意的是，由于它们是由不同的材料制成的，温度的变化会导致这些不同的层以不同的速度膨胀或收缩，从而产生机械应力使它们解耦。布朗大学的科学家们就把注意力就集中在最麻烦的“这些层之间的界面”上，在这里吸收光的钙钛矿薄膜与电子传递层相遇，电子传递层管理着通过电池的电流。

该研究的资深作者Nitin Padture说：“一个链条的强度取决于它最薄弱的环节，我们认为这个界面是整个链条中最薄弱的部分，也是最有可能失效的地方。如果我们能加强这一点，那么我们就能开始切实改善可靠性。”

据了解，这项研究的基础始于科学家们的早期工作，他们开发了新颖的陶瓷涂层，可用于飞机发动机等高性能环境。 在此基础上，研究团队开始研究一种叫自组装单分子层（SAMs）的化合物，如何能帮助他们解决困扰钙钛矿型太阳能电池的稳定性问题。

Padture说，“这是一类很大的化合物。当你把这些物质沉积在一个表面时，这些分子就会将自己组装成一层，并像短发一样直立起来。通过使用正确的配方，你可以在这些化合物和各种不同的表面之间形成牢固的键。”

这些SAMs可以在室温下通过浸涂工艺应用到电池单元上，该团队发现了一种特别有前途的配方。利用硅原子和碘原子组成的SAM，科学家们能够在吸收光的钙钛矿薄膜和电子传递层之间形成牢固的键合。

Padture进一步解释称，“当我们在界面中引入SAMs时，我们发现它将界面的断裂韧性提高了约50%，这意味着界面上的任何裂缝都不会蔓延太远。所以实际上，SAMs成为了一种分子粘合剂，将两层粘合在一起。”

在测试中，研究小组发现，这种方法显著提高了钙钛矿太阳能电池的寿命，在使用约1300小时后，钙钛矿太阳能电池仍保持80%的峰值效率。与之相比，非SAM电池单元只能持续约700小时。

研究小组预计他们的新设计可以在这个水平上运行约4000小时（大约半年）。不过，硅电池的运行寿命一般可持续25年，所以还有很多工作要做，但迹象显示前景光明。

该研究的第一作者Zhenghong Dai表示：“我们还做了一件人们通常不会做的事情，那就是在测试后将电池掰开。在没有SAMs的控制单元中，我们看到了各种各样的损伤，比如空洞和裂缝。但有了SAM，坚固的界面看起来真的很好。这是一个巨大的进步，真的让我们感到震惊。”

值得注意的是，研究人员还称，添加SAMs并不会降低电池的效率，相反，它实际上通过消除两层连接在一起时通常会形成的小缺陷，在一定程度上提高了电池的效率。他们希望在这项研究的基础上，将这项技术应用到钙钛矿太阳能电池其他层之间的界面上，从而进一步提高稳定性。

Padture说，“这是一种需要进行的研究，目的是制造廉价、高效、性能良好的太阳能电池。”