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转换效率高但耐用性低?科学家突破钙钛矿太阳能难题

2024-11-02 205


得益于钙钛矿材料的特殊晶体结构、可调变能隙特性,钙钛矿太阳能板的转换效率相当高,只是这也让太阳能电池更容易受到光、热、氧气与湿气的影响,所幸最近韩国科学家已成功提高钙钛矿的防御力,转换效率更达 20.7%。

钙钛矿是具有通式 ABX₃ 结构的化合物,能把光转换成电、也可以把电转换成光,因此在 LED、激光、太阳能等领域都吃得开,且它还有原料取得容易、合成方法简单、价格低廉等优势,目前钙钛矿在太阳能领域表现也可圈可点,最高转换效率已达 26%。

不过钙钛矿太阳能由于对紫外线、湿气较为敏感,稳定性不佳,尚未大规模商业化,科学家们首先要解决上述问题才可以让钙钛矿踏出实验室。

对此韩国科学技术高等研究院(KAIST)、首尔国立大学和世宗大学携手合作,透过在钙钛矿内部的 2D 钝化层加入苯乙胺(phenethylammonium ),仔细调整二维层的分子混合比例,进而提高钙钛矿电池的效率和耐用性,实验结果也表示,全钙钛矿太阳能电池最高转换效率已达 20.7%,连续光照1,000 小时后仍维持 80% 转换效率。

▲ 2D 钝化层的原子结构(Source:KAIST)

研究指出,若该钙钛矿电池与硅晶太阳能串叠,转换效率更可提高到 26.7%,首席研究员 Byungha Shin 表示,团队已经研发出高品质的宽能隙钙钛矿材料,该电池也能与硅晶太阳能串联,有望研发出效率更高的钙钛矿-硅晶太阳能电池。

宽能隙钙钛矿是实现串叠型太阳能的重点,在串叠型太阳能研究中,硅晶太阳电池主要置于下方,在上方叠以宽能隙(Wide Bandgap),而上方的宽能隙电池可吸收蓝光等高能量短波长,底下的硅晶太阳能吸收红光等低能量长波长,这种太阳能的转换效率有机会提高到 30%。

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(首图来源:Flickr/SteFou! CC BY 2.0)

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2020-04-09 23:09:00

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