EES面向空间应用的钙钛矿太阳能电池：热冲击耐受性指南与近太空气球测试

钙钛矿太阳能电池因其高效率、辐射耐受性和高功率重量比，成为空间应用的有力候选者。然而，严酷的太空环境引入了轨道快速温度转变带来的热冲击等应力，这是一种尚未充分研究的退化模式。

本研究新南威尔士大学Xiaojing Hao、忠北大学Dohyung Kim、韩国化学技术研究院Helen Hejin Park和萨里大学Jae Sung Yun等人调查了低地球轨道中太阳能电池经历的实际运行温度曲线，揭示了快速且极端的温度转变。基于这些发现，我们开发了一个加速热冲击测试协议，在-80°C至+80°C之间以16°C/min的快速升温速率循环100次，旨在复制并放大实际轨道热循环所诱导的应力。以FAPbI₃为模型体系，我们探索了不同浓度MAPbBr₃（0-7%）对钙钛矿薄膜在此加速热冲击下结构稳定性的影响。结果表明，中等程度的MAPbBr₃掺入量（特别是5%）能最有效地抑制热冲击后的微应变和有害δ相的形成。为验证实验室发现在近太空条件下的有效性，我们在35公里高空进行了对比高空气球测试。

这些发现确立了热冲击作为评估钙钛矿太阳能电池空间应用稳定性的关键测试框架，并强调了为空间应用优化材料组分的必要性。

研究亮点：

1. 首建空间热冲击测试协议：基于NOAA-21等卫星实测数据，首次提出针对太空应用的热冲击测试协议（-80°C至+80°C，16°C/min循环100次），真实模拟低地球轨道卫星经历的快速温度转变，填补现有地面测试标准（IEC 61215，~1.67°C/min）的空白。

2. 揭示MAPbBr₃最优掺杂比例：系统研究0-7% MAPbBr₃掺入FAPbI₃的热冲击稳定性，发现5%为最佳比例，能最有效抑制热冲击后的微应变（从0.38%降至0.23%）和δ相生成，同时保持电子均匀性。

3. 高空气球实测验证：在35公里高空（近太空环境，气压5.6 mbar，AM0辐照）进行对比测试，证实5% MAPbBr₃器件性能衰减更缓（Jsc斜率0.00364 vs 1%样品的0.00016），为钙钛矿空间应用提供真实环境验证。

Towards space compatible perovskite solar cells: guidelines for thermal shock resilience and near space balloon testing

M. Lee, G. K. Asare, T. H. Richards, D. G. Lee, T. K. Lee, J. Park, J. Oh, J. Lim, M. A. Green, X. Hao, D. Kim, H. H. Park and J. S. Yun, Energy Environ. Sci., 2026, Advance Article , DOI: 10.1039/D5EE03704B

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2026/ee/d5ee03704b

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