德国慕尼黑大学的研究团队成功开发出一种新型金属卤化物钙钛矿太阳能电池，该电池能够在低地球轨道等高温环境中稳定工作，并保持较高的功率转换效率。

科学家们针对-80°C至80°C范围内的加速热循环进行了专门研究。测试结果显示，经过16次极端温度循环后，经过强化的电池保留了约84%的初始效率，而未改性的电池则出现了更明显的性能下降。

研究人员解释道：“这些温度条件不仅存在于实验室的老化测试中，也常见于低地球轨道等实际运行环境。在轨道上，卫星的太阳能电池会反复经历阳光直射和短时间低温浸泡的循环。”“温度极端值会因航天器设计和轨道不同而变化，团队为此选择了一个具有代表性的范围进行研究。”

这项改进解决了钙钛矿太阳能电池面临的一个主要难题：当钙钛矿层和玻璃基板在温度变化过程中以不同速率膨胀或收缩时，会产生机械应力。这种应力主要集中在钙钛矿晶体的晶界及与基板的接触面上，这些区域是材料的薄弱环节。长期积累的应力可能导致裂纹、分层和缺陷，从而影响电性能并削弱长期稳定性。

为了应对这些挑战，团队采用了一种定向分子强化方法。他们在薄膜形成过程中加入了α-硫辛酸，这种酸通过晶界聚合作用减少缺陷并增强晶体网络。随后，他们使用一种基于锍的衍生物，通过化学方式将钙钛矿固定在基板上，形成一个“锚定网络”，在热应力作用下稳定该层结构。

这些措施有效保护了电池中的脆弱区域，提升了其在极端温度波动下的耐用性和效率。该设备实现了超过26%的功率转换效率，据研究人员称，这比未采用该技术的参考电池高出约3%。

研究主要作者Erkan Aydin表示：“我们的工作表明，定向强化晶界和界面可以显著提高钙钛矿太阳能电池的机械稳定性。”“这让我们离实现这项技术在实际应用中的可行性更近了一步。”

这一新型太阳能电池设计在题为《极端温度循环下具有增强热疲劳抗性的钙钛矿太阳能电池》的论文中详细介绍，该论文已发表在《自然通讯》杂志上。