慕尼黑大学化学与药学系的Erkan Aydin博士团队提出了一种新策略，使钙钛矿太阳能电池在剧烈温度变化下依然保持稳定性能。研究人员将两种分子工程方法结合起来，从晶粒内部到电池界面进行加固，尤其是增强钙钛矿光吸收层与下方基底之间的相互作用。这样一来，电池在低地轨道（LEO）典型的极端热循环以及其他恶劣环境中，仍能维持较高的运行稳定性。相关成果已发表在《自然通讯》上。

前景广阔但对环境极其敏感的技术

钙钛矿太阳能电池被视为下一代光伏技术的有力候选者，兼具高效率和相对低成本等优势。然而，其机械稳定性一直是制约实际应用的关键问题之一。

在低地轨道环境中，太阳能电池会经历频繁而剧烈的温度波动，例如在约 -80℃ 至 +80℃ 的范围内反复循环。不同材料在升温和降温过程中膨胀和收缩程度不一，会在器件内部产生机械应力，进而引发裂纹、分层或性能衰减。

这种情况不仅出现在实验室的加速老化测试中，在真实的空间应用中也非常典型。卫星在绕地飞行时，其表面的太阳能电池会在短时间内交替暴露于强烈日照和极寒阴影之中。根据航天器的具体设计和轨道参数，温度极值会有所差异，研究团队选取了一个具有代表性的温度范围来开展实验。

分子“锚定网”：从晶界到界面的双重加固

Aydin团队提出了一种两步分子加固策略，针对太阳能电池中最易失效的区域进行强化。

第一步，研究人员在钙钛矿层中引入 α-硫辛酸。在制备过程中，这些分子会部分聚合，并在晶粒边界处形成类似网络的结构。该网络有助于减少晶界缺陷，同时提升材料的机械强度和整体稳定性。

第二步，团队通过专门设计的分子来强化电极与钙钛矿层之间的界面。其中表现最优的是含有磺鎓基团的分子 DMSLA（二甲基磺鎓-硫辛酸）。这种分子能够在界面处形成非常牢固的化学键，将钙钛矿层与电极材料紧密“锁定”在一起。

Aydin形象地表示，可以把这些分子看作一个具有柔性的“锚定网”。它既能牢牢固定钙钛矿光吸收层与基底之间的结合，又允许器件在温度变化时产生一定程度的形变，从而避免分层和结构破坏。

效率超过25%，经受住极端热循环

通过上述分子工程优化后，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率达到 26%，比实验中未改性的对照器件高出约 3 个百分点。在反复经历极端温度循环后，这一高效率仍能基本保持。

在 -80℃ 至 +80℃ 的温度范围内进行 16 次循环后，改性电池仍保留了约 84% 的初始效率，而对照电池的性能衰减则明显更为严重。实验结果还显示，影响器件寿命的并不仅仅是循环次数，更关键的是热应力累积的总时长。多数材料降解现象集中发生在最初的若干个循环阶段。

面向航天与柔性光伏的应用潜力

研究团队认为，这项工作为开发更耐用的钙钛矿太阳能电池提供了重要思路。Aydin指出，通过针对材料中的关键界面和晶界进行有针对性的分子处理，可以显著提升器件的机械稳定性和环境适应性。

他表示，这使钙钛矿太阳能电池距离实际应用又近了一步。作为位于慕尼黑的研究团队，他们正在推进将钙钛矿太阳能电池用于航天任务的相关策略，后续研究将进一步评估这些电池在更复杂、更严苛条件下的表现。

这项技术尤其适合部署在极端温度环境中，例如航天飞行器、平流层高空平台，以及未来需要轻质、高效且可大面积铺设的太阳能组件等场景。