钙钛矿电池 “电”你没商量
时间:2017-12-07

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  最热的太阳能电池材料再次取得进展。在最近的材料研究协会会议上,三个研究小组报告说,便宜的,易于制造的结晶材料被称为钙钛矿,打破了之前的效率记录。一组将太阳能转化为电力的效率提高了近20%,高于二月份的16.2%和五年前的3.8%。很少太阳能技术进步如此之快。

  这是一个激动人心的时刻。牛津光伏英国物理学家Edward Crossland说。该公司致力于将钙钛矿太阳能技术商业化。新的想法不断出现。许多太阳能专家已经表示,钙钛矿的令人印象深刻的特性最终将使单器件效率高达25%,与目前昂贵的单晶硅商业冠军保持平衡。传统太阳能电池串联电池上的层状钙钛矿电池可将其效率提高到32%。据美国能源部估计,这将使太阳能像煤炭或天然气一样便宜。

  钙钛矿成为人们近两个世纪的目光,但直到2009年,日本横滨大学的Tsutomu Miyasaka才将钙钛矿引入到染料敏化太阳能电池(DSSCs)的光吸收层中, )设备效率为3.8%,研究人员很快意识到钙钛矿不仅能很好地捕捉阳光,而且还能运输电荷。

  结果,科学家们开始弥补钙钛矿使之更加高效。在材料研究协会会议上,加州大学洛杉矶分校材料科学家杨洋报道说,他的团队已经生产了19.3%的太阳能电池。杨没有提供他的团队制造的电池的细节。不过,他表示他的团队专注于钙钛矿晶体缺陷的技术改进以及设备中不同材料层之间的界面改进。韩国Sungkyunkwan大学的化学家Nam-Gyu Park说,这些缺陷和界面问题通常会影响电荷并阻止电极到达电极。晶体加入方式的改善使Park公司开发的钙钛矿太阳能电池的效率提高了17.01%。

  钙钛矿与主流材料的配对也有进展。斯坦福大学材料科学家Michael McGehee报告说,他的团队制造的太阳能电池以18.6%的效率将钙钛矿材料与铜,铟,镓和硒(CIGS)合金串联起来。 CIGS电池本身的效率为17%,所以在这种情况下,钙钛矿不会提高效率。 McGehee说这很可能是因为钙钛矿电极和其他非吸光层阻止大部分阳光到达CIGS电池。他认为这个问题比较容易解决:由于钙钛矿比CIGS和单晶硅吸收更多的蓝光波长,所以在每组电极之间结合两层光吸收层可以改善材料。这是获得20%以上效率的简单方法。 McGehee说。

  即使钙钛矿效率不能达到一定高度,其低成本仍然是其优势。例如,牛津光伏正在努力制造窗式钙钛矿(PVs)。使用DSSCs的PV已经进入市场多年,钙钛矿可以提高效率。然而,Crossland指出,目前制造的大多数钙钛矿电池颜色是棕色的,难以推广给设计摩天大楼的建筑师。在会议上,牛津大学的Giles Eperon报告说,他和他的同事们通过加工钙钛矿而不是大块的方法,创造了一个效率高达8%的中性,半透明的钙钛矿单元。克罗斯兰德说,如果6%的窗户玻璃用于覆盖类似于芝加哥威利斯大楼的建筑的效率,这些玻璃每年将产生近5.3千瓦时的能源。

  但是这不能持续多久:这些材料现在暴露在潮湿环境中会分解。虽然有几个小组报告说,他们现在可以在低效的条件下运行数百小时的电池。这项技术的发展还处于起步阶段。杨说。 (张冬)

  中国科学通报(2014-05-06第3版国际)

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  科学报告(英文)