一直以来，钙钛矿太阳能电池（PSCs）因其高功率转换效率、低廉的起始材料和易于制造备受人们关注，也被认为是可以替代传统太阳能电池的可再生技术。但器件的长期稳定性却是PSCs面临的最具挑战性问题，也是导致PSCs商业化的主要障碍之一。
最近，吉林大学电子科学与工程学院教授段羽和美国加州大学洛杉矶分校教授杨阳等人在Advanced Functional Materials期刊上发表综述。文中强调了影响PSCs功率转换效率的因素，并总结了目前提高器件稳定性的策略。最后，对PSCs的经济可行性进行了简要讨论。
PSCs不稳定性的因素
PSCs由夹在电子传输层和空穴传输层之间的活性钙钛矿层组成。段羽等人认为，PSCs不稳定性主要来自钙钛矿材料的降解，同时还与有机金属吸收剂、湿度有关，并且它们总体上具有较差的长期热稳定性。
虽然目前已尝试许多策略以实现PSCs更好的稳定性，例如2D钙钛矿结构设计、阳离子工程、在孔和电子传递层中添加添加剂用于增强PCSs的稳定性，但是研究人员认为，解决钙钛矿材料本身的不稳定问题才是提升长期稳定性的关键性策略。
PSCs在潮湿环境中的降解就是一个挑战性的问题。在不同的影响因素中，水分被认为是最大的挑战之一。钙钛矿的高亲水性可导致材料容易从周围环境吸收水分并诱导形成水合物产物。由于水解和氧气环境敏感性，PCSs就会受到严重影响。
除了湿度影响PSCs的稳定性，段羽对《中国科学报》表示，影响钙钛矿太阳能电池稳定性的另一个重要因素是紫外线照射。与其他多种太阳能电池技术一样，照明成为钙钛矿太阳能电池劣化的原因之一。当钙钛矿薄膜经受干燥空气时，钙钛矿层就会分解，钙钛矿上的光生电子与分子氧反应形成超氧化物，超氧化物进一步与钙钛矿活性层的MA反应。
温度对钙钛矿的晶体结构和相也具有很大影响。根据国际标准，太阳能模块在运行期间将暴露在高温下，因而要求太阳能电池必须有高达85℃的热稳定性。但PSCs受到高温影响会使装置退化。研究人员表示，钙钛矿的不稳定性或与晶界表面有关，用合适的保护材料封盖这些晶界是提高钙钛矿稳定性的有吸引力的策略。
在影响钙钛矿材料稳定性的各种因素中，晶体结构也是一个重要因素。有报道发现，钙钛矿化合物与有机分子在湿度、氧气、光和热的存在下是不稳定的。因此，提高晶体结构的稳定性是一个关键性问题。
段羽表示，除了光活性层自身的不稳定性，为了评估器件的稳定性，还需要考虑其他元件的影响，例如电子和空穴传输层和电极。传输层主要有两个作用：一是提供足够的电荷收集效率；二是与电极形成欧姆接触。
封装作用至关重要
尽管电极材料不与钙钛矿层直接接触，但是电极材料的稳定性对于长期操作也很重要。段羽表示，电极在最上层，最接近环境。PSCs是通常包括基板、电极、钙钛矿光活性层以及必要的电荷传输层的结构。因此，电极必须足够致密才可以减少渗透到钙钛矿层中的水分。
除钙钛矿层，界面层和电极的退化也是导致钙钛矿层退化的原因。因此，在钙钛矿太阳能电池中通常采用银或金作为顶部电极。在引起钙钛矿太阳能电池失稳的诸多因素中，普通电极材料与钙钛矿的反应也是重要原因之一。同时，将器件暴露在高压环境中也可能会导致顶部电极的分解。
众所周知，由于钙钛矿在接触水分时易分解，因此PSCs装置的性能在暴露于环境大气条件下极易退化。通过器件封装进行最外层的修饰，可以提高钙钛矿太阳能电池的稳定性。
段羽等人表示，器件的封装将在钙钛矿太阳能电池的商业化过程中发挥一定的作用，因为未封装的器件通常在连续光照下数小时后出现严重退化，而封装的器件寿命更长。封装策略涉及一种具有抗水、抗氧渗透性的材料，该材料通过放置引出电极对器件进行封装，在不影响保护封装完整性的情况下仍可接入。封装是光伏器件的重要组成部分，它可以保护光伏器件不受氧气和水分的破坏。一般情况下，该装置由一层薄薄的玻璃覆盖物覆盖，并用紫外线固化的环氧树脂密封。
虽然钙钛矿的稳定性已从最初的几分钟提高到现在的数千小时，但是对于实际应用还是不够好。段羽称，最好是能将钙钛矿太阳能电池的寿命延长到10年以上，以更好地实现商业化。为了增强钙钛矿的稳定性，必须考虑到结构设计、电荷传输材料、电极材料制备和封装方法等因素。其中，封装在提高钙钛矿太阳能电池的稳定性方面起着至关重要的作用，将有助于加速PSCs的商业化。
另外，研究人员还提出，若要同时兼顾有效性和稳定性，目前仅仅修改钙钛矿材料或界面是不够的。最好是开发一些在恶劣条件下具有高稳定性的新材料和设计。
