对钙钛矿-硅串联电池的研究显示了新的途径

时间:2020-03-28 18:09 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

对钙钛矿-硅串联电池的研究显示了新的途径

国家可再生能源实验室(NREL)的研究人员与韩国的同行合作,已经验证了使用钙钛矿和硅的组合来制造效率超过30%的太阳能电池的潜力。

他们最初的太阳能电池获得了26.2%的认证效率。

“这项研究为钙钛矿技术的进一步发展提供了一种新的通用方法,提供了明确的技术突破和科学见解,”朱凯说,他是《科学》杂志上一篇新发表的论文的通讯作者,该论文概述了这项工作。朱是NREL化学和纳米科学中心的高级科学家。

就其本身而言,钙钛矿的效率为20.7%,这是文献中关于宽禁带钙钛矿的最高报告。

科学家们还指出,加速试验表明,钙钛矿电池在持续光照1000小时后,保持了80%以上的初始效率,表现出“极佳的长期稳定性”。

钙钛矿这个术语指的是晶体结构。钙钛矿太阳能电池是由多种元素组合而成,是目前发展最快的太阳能技术。

这项研究发表在《科学》杂志上的一篇新发表的论文中,“高效、稳定的硅串联电池是由阴离子工程的宽禁带钙钛矿实现的。”除朱外,本文作者还有来自NREL的Bryon Larson、Sean Dunfield、Chuanxiao Xiao、Jinhui Tong、Fei Zhang和Joseph Berry;以及由韩国先进科学技术研究所的Byungha Shin、世宗大学的Dong Hoe Kim和首尔国立大学的Jin Young Kim领导的一组科学家。

朱、金东和申提出了这个研究项目,该项目的部分资金由美国能源部的太阳能技术办公室提供。研究人员表示,一旦进一步完善硅层,这种串联太阳能电池的效率将超过30%。

串联太阳能装置由顶部的钙钛矿电池和底部的硅电池组成。顶部和底部都通过带隙接收到太阳光谱的不同部分。顶部钙钛矿电池的带隙越宽,底部硅器件吸收的阳光越多。硅的带隙固定在1.1电子伏特(eV),但钙钛矿的带隙可以通过化学调整或“调谐”。理想的浓度约为1.7 eV,但要达到这一目标,需要用溴取代碘。然而,过多的溴会使钙钛矿不稳定。

该领域的研究人员一直在探索所谓的二维(2-D)相的应用,即在钙钛矿中加入由长链分子分离的卤化铅八面体作为钝化剂,以降低化学反应活性。钝化层的使用已被证明可以有效地改善钙钛矿的稳定性和性能。

在钝化层的工程中,NREL的科学家和他们在国外的同事们把重点放在了2-D添加剂的负电荷离子(称为阴离子)的工程上,而不是其他的正电荷离子(阳离子)的工程上。通过引入硫氰酸盐并将其与碘混合,研究人员能够改善宽禁带(1.68 eV)钙钛矿的结构和光电性能以及器件性能。硫氰酸盐的使用使研究人员能够提高装置的电流密度,而碘则提高了电压。

肖和朱与多伦多大学(University of Toronto)的同事合作开发了一种钙钛矿-硅串联系统,经认证效率为25.7%,400小时后的性能下降可以忽略不计。这项发现发表在本月早些时候的《科学》杂志上。

NREL的平行研究集中在高度稳定的钙钛矿-硅串联体上。本月早些时候《科学》杂志也报道过,这种装置是由碘、溴和氯的混合物制成的。该稳定串联装置的认证效率为25.8%。

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