在相对较短的时间内，钙钛矿太阳能电池已经发展成为一个非常有前途的、未来清洁能源发电的候选材料。但是要实现这一愿景，首先要克服一些设计问题。这些问题在很大程度上与稳定性问题有关，这些问题会导致电池单元在使用过程中迅速恶化。现在，布朗大学的科学家们已经想出了一种方法来解决这个问题，通过使用一种他们称为“分子胶”的东西来弥补这一弱点。
上图：科学家们已经开发出一种新的、更稳定的钙钛矿太阳能电池，它使用分子胶水在电池层之间形成牢固的连接。
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廉价地制造出来，然后在使用后更容易回收。这些因素与它们出色的光吸收潜力相结合，使它们成为一个非常有前途的命题。
要知道，每一个钙钛矿太阳能电池单元都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率膨胀或收缩，从而产生机械应力，使它们解耦。布朗大学的科学家们把注意力就集中在他们所说的最麻烦的“这些层之间的界面”上，在那里光吸收钙钛矿薄膜与电子传输层相遇，电子传输层负责管理流过电池单元的电流。
负责此项研究的科学家表示，一个链条的强度，取决于它最薄弱的一环。我们认为这一“界面”是整个堆栈中最薄弱的部分，也就是最有可能失败的地方。如果我们能加强这一点，那么我们就能开始真正提高电池的可靠性。
这项研究的基础始于材料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，研究团队开始研究被称为：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。
科学家对此解释道：“这是一大类化合物。当你把它们放在一个表面上时，这些分子就会自我组装成一层，就像短发一样竖立起来。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化合物” 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，科学家们就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。
科学家告诉我们：“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%，这意味着在界面形成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。硅电池通常能在25年内提供这种性能，因此还有很多工作要做，但迹象显示前景光明。
主持此项研究的科学家告诉我们：“我们做的另一件事是人们通常不会做的事情，那就是我们在检测后打破了电池单元。在没有SAM的对照单元中，我们看到了各种损伤，如空洞和裂缝。但是有了SAM，增韧的界面看起来真的很不错。这是一个令我们震惊的戏剧性进步。”
值得注意的是，研究人员说，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。他们希望能在这项研究的基础上，将该项技术应用到钙钛矿太阳能电池层的其他层之间的界面上，从而进一步提高稳定性。这是一种需要进行的研究，目的就是制造廉价、高效、性能良好的太阳能电池。
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