近日，山东大学空间科学攀登团队行星科学课题组，在探索钙钛矿太阳能电池在火星尘暴环境中的耐受性方面，取得了新进展。5月24日，该研究成果以“Tolerance of Perovskite Solar Cells to Electrostatic Discharge in Martian Dust Activities”为题目，以封面论文的形式在线发表在国际权威期刊ACS Omega（JCR二区，IF=4.1）上。行星科学课题组（刘董博士）为论文第一作者，山东大学（刘董博士、武中臣教授）为论文通讯作者，山东大学为第一完成单位。
在即将到来的“太空竞赛”中，随着空间站、月球和火星科研站等空间应用需求的迅猛增长，下一代空间探索项目对能源的需求愈发凸显。作为满足这些庞大能量需求的主要解决方案，太阳能正逐步成为深空探测任务中的核心能量来源。因此，对新型光伏技术的研发和应用显得尤为迫切，这将为未来的空间探索提供强大的能源和技术支持。
有机-无机杂化钙钛矿凭借其全色光吸收、长载流子寿命、低激子结合能、高缺陷容错能力和低温溶液制备等优势，在高效薄膜太阳能电池领域展现出巨大潜力。在空间环境中，其无水、无氧环境条件更有利于钙钛矿太阳能电池（PSCs）的稳定运行。
未来的火星科研站对电能需求巨大，太阳能电池的作用不言而喻。但当前缺乏火星沙尘活动对PSCs静电放电（ESD）耐受性影响的研究，这对评估PSCs在火星上的应用潜力至关重要。火星沙尘暴中，高速低压气流携带的矿物颗粒之间的相互碰撞易产生ESD现象，除了对太阳能电池板覆盖、磨损之外，也存在潜在的轰击和氧化作用。火星大气稀薄，ESD发生的概率更高。因此，研究火星尘暴活动引起的ESD对PSCs性能的影响，对未来火星科研站建设及设备安全运行至关重要。
基于前期的工作基础，本文制备了Cs0.03FA0.97PbI3基PSCs，首先研究了PSCs在模拟火星温度下的耐受性。研究结果表明，在173 K至303 K的宽的火星温度范围内，PSCs展现出了优异的热稳定性。然后，在火星舱中实现了火星尘暴ESD模拟并首次对PSCs的ESD耐受性进行了系统性研究。令人瞩目的是，研究发现，在暴露于ESD仅90秒后，PSCs的光电转换效率出现了显著下降，降幅高达55.4%。这一发现揭示了火星尘暴产生的ESD是未来PSCs在火星上应用所面临的一大严峻挑战。这些研究结果对于未来火星表面科研站建设中太阳能电池的选择和设计具有重要的指导意义。
全文链接地址：https://doi.org/10.1021/acsomega.4c02887
火星尘暴中ESD对太阳能电池板轰击的概念图
图1。(a)静电放电实验火星模拟舱示意图，PSCs放置在下电极上。(b)ESD实验中的照片。(c)Cs0.03FA0.97PbI3钙钛矿材料的晶体结构。(d)PSCs的草图和SEM截面图。
图2。PSCs在不同温度下的性能参数。（a）光电转换效率PCE，（b）短路电流Jsc，（c）填充因子FF和（d）开路电压Voc。
图3。钙钛矿薄膜在不同ESD暴露时间下的SEM图。（a）0 s，（b）30 s，（c）60 s，（d）90 s。
图4。钙钛矿薄膜的XRD图谱。（a）钙钛矿薄膜在不同ESD暴露时间下的XRD谱图。（b）(100)峰位的变化，（c）(110)峰位的变化，（d）(111)峰位的变化，（e）δ峰位变化和（f）(200)峰位的变化。
图5。（a）不同ESD暴露时间下的PSCs的图像。（b）标准太阳光强下PSCs的J−V曲线。（c）PCE随ESD暴露时间变化趋势，（d）Jsc随ESD暴露时间变化趋势，（e）FF随ESD暴露时间变化趋势，（f）Voc随ESD暴露时间变化趋势。
图6。（a）Voc，（b）Jsc，（c）FF，（d）PCE在不同ESD时间下的平均值和标准差。
