鈣鈦礦結(jié)合鉀 太陽(yáng)能電池效率再提升
鈣鈦礦電池是下一代太陽(yáng)能電池中最具競(jìng)爭(zhēng)力者,而劍橋大學(xué)團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)只要透過(guò)添加碘化鉀,就能再提升鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率達(dá)21.5%,將更多陽(yáng)光轉(zhuǎn)為電力。
研究人員這樣描述:碘化鉀“治愈”了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池僵化的離子行為,這缺陷已限制便宜的鈣鈦礦電池提升效率多年。
鈣鈦礦做為一種極有前途的離子半導(dǎo)體材料,從首次發(fā)現(xiàn)至今短短幾年就在商業(yè)薄膜光伏技術(shù)中產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)力,由于成本低廉、可低溫產(chǎn)制,對(duì)太陽(yáng)能電池與照明設(shè)備商有莫大吸引力。
但還是有些條件妨礙了鈣鈦礦的效率,比如鈣鈦礦結(jié)晶結(jié)構(gòu)中的微小缺陷常被稱為“陷阱”,可能會(huì)導(dǎo)致電子在能量被利用前“卡住”,而電子在太陽(yáng)能電池材料中移動(dòng)越容易,光子被轉(zhuǎn)化成電的效率越高;另一個(gè)問(wèn)題是,離子于陽(yáng)光照射時(shí)在電池中移動(dòng)會(huì)導(dǎo)致能隙(bandgap)發(fā)生變化,改變材料吸收的光。
劍橋大學(xué)研究人員SamStranks表示,到目前為止,科學(xué)家都還沒(méi)有找到可使材料能隙保持穩(wěn)定的方法,所以只能試圖調(diào)整鈣鈦礦層的化學(xué)組成來(lái)固定離子運(yùn)動(dòng),而這使鈣鈦礦搖身變成彩色LED材料而非太陽(yáng)能電池。
在新實(shí)驗(yàn)里,研究人員于墨水中添加碘化鉀,等墨水干掉就會(huì)留下化學(xué)組成改變的鈣鈦礦層薄膜。科學(xué)家發(fā)現(xiàn),碘化鉀于鈣鈦礦層頂部形成的“裝飾層”可以“愈合”陷阱,讓電子更自由移動(dòng)并固定離子運(yùn)動(dòng),使材料擁有穩(wěn)定能隙,這代表串聯(lián)的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池將變得更高效。
而鈣鈦礦與鉀結(jié)合表現(xiàn)出良好穩(wěn)定性,轉(zhuǎn)換效率達(dá)21.5%,與最好的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池相似,離硅太陽(yáng)能電池的實(shí)際效率極限(29%)也不遠(yuǎn)。若是由2個(gè)具理想帶隙的鈣鈦礦層制成串聯(lián)電池,可能具有45%的理論效率極限和35%的實(shí)際極限──全高于當(dāng)前硅電池的實(shí)際效率極限。
與其他光伏技術(shù)不同,由于鈣鈦礦非常隨和,科學(xué)家無(wú)需添加額外有機(jī)層,只要透過(guò)不同材料與比例混合就能得出不同的光學(xué)特性與電性表現(xiàn),任何一種新組成都可能讓鈣鈦礦性能變得更好。新研究發(fā)布在《自然》期刊。
責(zé)任編輯:蔣桂云
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