新一代钙钛矿太阳能电池,可吸收热量,保持效率证明

时间:2020-05-12 20:45 来源:seo 作者:小可爱科技知识网 点击量:

新一代钙钛矿太阳能电池,可吸收热量,保持效率证明

钙钛矿具有晶体结构和良好的光电性能,有望成为制造下一代低成本、高效、轻便和灵活的太阳能电池的有效原料。

问题与当前一代的硅太阳能电池是他们相对较低的效率在将太阳能转化电能,Vikram Dalal说一个爱荷华州立大学安森马斯顿工程特聘教授,在电气和计算机工程教授托马斯·m·惠特尼和爱荷华州State&rsquo主任;s微电子研究中心。

实验室中最好的硅太阳能电池的效率约为26%,而商用电池的效率约为15%。这意味着需要更大的系统来生产一定数量的电力,而更大的系统意味着更高的成本。

这促使研究人员寻找提高效率和降低成本的新方法。一种可以将效率提高50%的想法是采用串联结构,将两种电池堆叠在一起,每一种电池利用不同的互补的太阳光谱来发电。

钙钛矿承诺,问题

研究人员最近开始寻找有机-无机钙钛矿混合材料作为硅电池的良好串联伙伴。钙钛矿的通话效率接近25%,有一个互补的带隙,可以非常薄(只有百万分之一米),可以很容易地沉积在硅上。

但是Dalal说,研究人员已经了解到这些钙钛矿混合太阳能电池在高温下会分解。

这是一个问题,当你试图把太阳能电池板放在阳光充足的地方;美国西南部、澳大利亚、中东和印度等地都是炎热干燥的沙漠。这些地方的环境温度可以达到120到130华氏度,太阳能电池的温度可以达到200华氏度。

爱荷华州立大学的工程师们,在国家科学基金会部分资助的一个项目中,发现了一种利用钙钛矿有用特性的方法,同时使细胞在高温下保持稳定。他们在最近发表在科学杂志《美国化学学会应用能源材料》(American Chemical Society Applied Energy Materials)网站上的一篇论文中描述了他们的发现。

在追求钙钛矿太阳能电池材料的商业化和更清洁、更环保的未来方面,这些都是有希望的结果。该论文的第一作者哈沙瓦德汗·冈卡尔说。他最近在爱荷华州立大学获得了电子和计算机工程博士学位,现在在爱达荷州博伊西的安森半导体公司担任工程师。

调整材料

这篇论文的通讯作者Dalal说,新的太阳能电池技术有两个关键的发展:

首先,他说工程师们对钙钛矿材料的构成做了一些调整。

他们废除了材料中的有机成分。特别是阳离子,带有额外质子和正电荷的物质。并取代了铯等无机材料。这使得材料在更高的温度下保持稳定。

其次,他们开发了一种制造技术,将钙钛矿材料制成一层薄层。只有十亿分之一米;在一个时间。这种气相沉积技术是一致的,没有留下任何污染物,并已在其他工业中使用,因此它可以大规模用于商业生产。

这些变化的结果是什么?

我们的钙钛矿太阳能电池在超过三天的时间里,即使在200摄氏度(390华氏度)的温度下也没有出现热降解现象,这一温度远远超过了太阳能电池在真实环境中所能承受的温度。Gaonkar说。

然后Dalal做了一些比较和对比:这比有机-无机钙钛矿细胞要好得多,有机-无机钙钛矿细胞在这个温度下会完全分解。因此,这是该领域的一项重大进展。

提高性能

本文报道了新型无机钙钛矿太阳能电池的光转换效率为11.8%。这意味着工程师们还有更多的工作要做。

我们现在正试图优化这个单元格。我们想让太阳能更有效地转化为电能。中间人说。我们仍有很多研究要做,但我们认为我们可以通过使用新的材料组合来实现这一目标。

例如,工程师们用溴取代了钙钛矿材料中常见的碘。这大大降低了电池对水分的敏感性,解决了标准杂交钙钛矿的另一个问题。但是,这种取代改变了细胞;性能、降低效率以及与硅电池协同工作的效果。

因此,调整和试验仍将继续。

随着研究的深入,工程师们相信他们已经找到了一条可行的道路:这项研究证明无机钙钛矿材料和太阳能电池在更高的温度和更长的时间内具有比其他地方报道的更强的热稳定性。他们在论文中写道,在追求钙钛矿太阳能电池材料的商业化方面,这些是有希望的结果。

参考文献:热稳定,高效,蒸汽沉积无机钙钛矿太阳能电池;Harshavardhan Gaonkar, Junhao Zhu, Ranjith Kottokkaran, Behrang Bhageri Max Noack和Vikram Dalal, 2020年3月23日,ACS应用能源材料。

DOI: 10.1021 / acsaem.0c00010

除了Vikram Dalal和Harshavardhan Gaonkar,研究团队还包括副科学家Max Noack;助理科学家Ranjith Kottokkaran;朱俊浩和Behrang Bagheri,研究生。

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