科學(xué)家開發(fā)新技術(shù)，提高倒置鈣鈦礦太陽(yáng)能電池耐用性

發(fā)布日期：2023-02-27 00:00 來(lái)源：http://m.thamestown.cn 點(diǎn)擊：

·一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新技術(shù)用于提高倒置鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的耐用性。過(guò)去的研究表明，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在1500小時(shí)-2000小時(shí)后效率往往會(huì)顯著下降。此次研究人員設(shè)計(jì)了含有“1,3-雙（二苯基膦）丙烷”（英文別名DPPP）的鈣鈦礦電池，其整體功率轉(zhuǎn)換效率保持在大約3500小時(shí)的水平。

科學(xué)家利用鈣鈦礦的可調(diào)性制造出了與硅性質(zhì)類似的半導(dǎo)體。

一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新技術(shù)用于提高倒置鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的耐用性，這是推動(dòng)這種新興光伏技術(shù)商業(yè)化的重要一步，可降低太陽(yáng)能利用成本。相關(guān)論文日前發(fā)表在《科學(xué)》上。

所有光伏太陽(yáng)能電池都依賴于半導(dǎo)體，從而將光能轉(zhuǎn)化為電能。自20世紀(jì)50年代以來(lái)硅一直是太陽(yáng)能電池的主要半導(dǎo)體材料。在尋找硅的替代品過(guò)程中，科學(xué)家利用鈣鈦礦的可調(diào)性制造出了與硅性質(zhì)類似的半導(dǎo)體。

傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池由極高純度的硅晶圓制成，而鈣鈦礦太陽(yáng)能電池由納米級(jí)晶體制成。這些鈣鈦礦晶體可以分散到液體中，并使用低成本的成熟技術(shù)旋涂在表面。通過(guò)調(diào)節(jié)晶體薄膜的厚度和化學(xué)成分，就可以調(diào)節(jié)鈣鈦礦吸收光的波長(zhǎng)。調(diào)到不同波長(zhǎng)的鈣鈦礦層甚至可以堆疊在彼此之上，或堆疊在傳統(tǒng)的硅太陽(yáng)能電池之上，形成了能夠吸收更多太陽(yáng)光譜的“串聯(lián)”電池。

“鈣鈦礦太陽(yáng)能電池有潛力克服硅太陽(yáng)能電池固有的效率限制?！奔幽么蠖鄠惗啻髮W(xué)工程學(xué)教授泰德·薩金特（Ted Sargent）表示，但鈣鈦礦仍然落后于硅的一個(gè)原因是長(zhǎng)期耐用性。近年來(lái)，薩金特及其合作者在提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池性能方面取得了一些進(jìn)展，而其最新工作著眼于鈣鈦礦電池耐久性挑戰(zhàn)?！霸谶@項(xiàng)研究中，我們使用了一種合理的設(shè)計(jì)方法，以一種獨(dú)特的新方式來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題?！?/p>

載流子是可以自由移動(dòng)的帶有電荷的物質(zhì)微粒，論文作者Chongwen Li表示，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的一個(gè)關(guān)鍵弱點(diǎn)是載流子傳輸層，也就是鈣鈦礦層和相鄰層之間的界面。這些相鄰層獲得了流經(jīng)電路的電子，如果鈣鈦礦層和這些層之間的化學(xué)鍵被光或熱破壞，電子無(wú)法進(jìn)入電路，就會(huì)降低電池的整體效率。為了解決這個(gè)問(wèn)題，美國(guó)托萊多大學(xué)、華盛頓大學(xué)、美國(guó)西北大學(xué)以及加拿大多倫多大學(xué)的研究人員用計(jì)算機(jī)模擬預(yù)測(cè)哪種分子最適合在鈣鈦礦層和電荷傳輸層之間建立“橋梁”。

此前的研究表明，路易斯堿分子有助于在這些層之間形成牢固的化學(xué)鍵。此次研究人員通過(guò)模擬預(yù)測(cè)發(fā)現(xiàn)，含有磷元素的路易斯堿分子效果最好，一種名為“1,3-雙（二苯基膦）丙烷”（英文別名DPPP）的化學(xué)物質(zhì)性能最佳。他們?cè)O(shè)計(jì)了含有DPPP的倒置鈣鈦礦太陽(yáng)能電池和不含DPPP的電池，實(shí)驗(yàn)表明，在沒(méi)有額外加熱的情況下，含有DPPP的鈣鈦礦電池整體功率轉(zhuǎn)換效率保持在大約3500小時(shí)的水平。而過(guò)去的研究表明，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在1500小時(shí)-2000小時(shí)后效率往往會(huì)顯著下降。

該團(tuán)隊(duì)已為DPPP技術(shù)申請(qǐng)zhuanli，商業(yè)太陽(yáng)能電池制造商也對(duì)此感興趣。研究人員表示，相比DPPP，可能還有更好的分子，他們最終希望鈣鈦礦太陽(yáng)能電池能夠在商業(yè)上與硅電池競(jìng)爭(zhēng)，但還有很長(zhǎng)的路要走。