下一代光伏電池將更穩定、更高效!關鍵在于這一新工藝……

欄目:行業動態 發布時間:2023-11-13

與傳統的硅太陽能電池相比,下一代太陽能材料的生產成本更低,也更可持續,但要使這種設備耐用到足以承受現實環境的考驗,還存在一些障礙。

不過近期,一個國際科學家團隊開發的一項新技術可以簡化高效穩定的鈣鈦礦太陽能電池的開發,鈣鈦礦太陽能電池因其獨特的晶體結構而得名,該結構擅長吸收可見光。

在最近一期的《自然能源》雜志上,包括美國賓夕法尼亞州立大學教授Nelson Dzade在內的研究人員們報告了他們制造更耐用鈣鈦礦太陽能電池的新方法,這種電池將陽光轉化為電能的效率仍然高達21.59%。

據了解,鈣鈦礦是一種很有前途的太陽能技術,因為這種電池可以在室溫下制造,比傳統的硅材料使用更少的能量,使它們更便宜,更可持續地生產。

但科學家們說,用于制造這些設備的主要候選材料是有機-無機金屬鹵化物,它含有易受濕氣、氧氣和熱量影響的有機成分,暴露在現實環境中會導致性能迅速下降。

一種解決方案是轉而使用全無機鈣鈦礦材料,如碘化銫鉛,這種材料具有良好的電性能和對環境因素的優越耐受性。然而,這種材料是多晶的,這意味著它具有不同晶體結構的多相??茖W家們說,其中兩種光活性相對太陽能電池是有益的,但它們在室溫下很容易轉化為不受歡迎的非光活性相,這會引入缺陷并降低太陽能電池的效率。

在新研究中,科學家們將銫碘化鉛的兩種光活性多晶相結合,形成相異質結——這可以抑制向不希望的相的轉變。異質結是通過堆疊不同的半導體材料形成的,就像太陽能電池中的層一樣,具有不同的光電特性。太陽能裝置中的這些連接點可以定制,以幫助從太陽吸收更多的能量,并更有效地將其轉化為電能。

具體而言,科學家們開發了獨特的雙沉積方法來制造該設備——用熱空氣技術沉積一相,用三源熱蒸發沉積另一相。研究人員解釋稱,在沉積過程中加入少量分子和有機添加劑,進一步改善了該裝置的電性能、效率和穩定性。

 


研究人員們說,“這項工作的美妙之處在于,它表明利用同一材料的兩種多晶型來制造相異質結太陽能電池是可行的。它提高了材料的穩定性,并防止了兩相之間的相互轉化。在兩相之間形成的相干界面允許電子輕松地流過器件,從而提高了功率轉換效率。這就是我們在這項工作中所展示的?!?/span>

研究人員制造了一種裝置,實現了21.59%的功率轉換效率,是同類方法中最高的,并且具有出色的穩定性。該裝置在環境條件下運作200小時后,仍能保持90%以上的初始效率。

研究人員表示,雙重沉積技術可以為開發基于所有無機鈣鈦礦或其他鹵化物鈣鈦礦成分的太陽能電池鋪平道路。除了將該技術擴展到不同的組成,未來的工作將包括使當前的相異質結電池在現實條件下更耐用,并將其縮放到傳統太陽能電池板的大小。

“通過這種方法,我們相信在不久的將來,這種材料的效率應該有可能超過25%,”他們說,“一旦我們做到了這一點,商業化就非常接近了?!?/span>

(文章來源:財聯社)


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