三结钙钛矿光伏电池效率创新高 硅基太阳能电池廉价替代品开发获新进展
科技头条
2023-04-14 09:57:55
(相关资料图)
加拿大科学家领导的一个国际科研团队研制出一种光电转化效率创纪录(约为24%左右)的三结钙钛矿太阳能电池，朝着开发出硅基太阳能电池廉价替代品的目标迈进了一大步。相关研究刊发于《自然》杂志。
太阳能电池大部分由超纯硅单晶片制成，生产超纯硅需要耗费大量能源，而钙钛矿太阳能电池由钙钛矿多晶薄膜制成，这些薄膜通过类似于印刷业使用的低成本溶液处理技术涂覆于材料表面。通过改变这些薄膜中钙钛矿晶体的组成，每一层能吸收不同波长的光，从而有效利用整个太阳光谱，而硅总是吸收相同波长的光。一般而言，钙钛矿顶层吸收波长较短的光，中间层吸收中等波长的光，底层吸收更长波长的光。
研究团队首先使用了名为ABX3的钙钛矿材料，其由铯、铅、锡、碘、溴等混合制成，顶层由混合卤化物钙钛矿组成，具有高比例的溴和碘。研究人员表示，高频光子的轰击会导致顶层富含溴的相与富含碘的相分离，从而使缺陷变多并导致整体性能下降。
鉴于此，研究团队进行了两方面的改进：去除有机分子形成全无机钙钛矿结构，引入铷元素。他们表示，铷的引入抑制了光诱导的相分离问题，得到的铷/铯混合无机钙钛矿拥有更好的光稳定性。在此基础上，他们设计并建造了一个三结钙钛矿电池，在3.21伏的开路电压下测得其效率为24.3%，而国家可再生能源实验室测得23.3%的准稳态效率。
研究负责人泰德·萨金特教授指出，此前三结钙钛矿太阳能电池的最高效率约为20%。而且，此前的同类电池往往工作几小时就会失去很多性能，而新电池即使运行420小时后仍保持80%的初始效率，在耐用性方面也是一大进步。
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