加拿大科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的一個國際科研團(tuán)隊研制出一種光電轉(zhuǎn)化效率創(chuàng)紀(jì)錄(約為24%左右)的三結(jié)鈣鈦礦太陽能電池，朝著開發(fā)出硅基太陽能電池廉價替代品的目標(biāo)邁進(jìn)了一大步。相關(guān)研究刊發(fā)于《自然》雜志。
太陽能電池大部分由超純硅單晶片制成，生產(chǎn)超純硅需要耗費大量能源，而鈣鈦礦太陽能電池由鈣鈦礦多晶薄膜制成，這些薄膜通過類似于印刷業(yè)使用的低成本溶液處理技術(shù)涂覆于材料表面。通過改變這些薄膜中鈣鈦礦晶體的組成，每一層能吸收不同波長的光，從而有效利用整個太陽光譜，而硅總是吸收相同波長的光。一般而言，鈣鈦礦頂層吸收波長較短的光，中間層吸收中等波長的光，底層吸收更長波長的光。
研究團(tuán)隊首先使用了名為ABX3的鈣鈦礦材料，其由銫、鉛、錫、碘、溴等混合制成，頂層由混合鹵化物鈣鈦礦組成，具有高比例的溴和碘。研究人員表示，高頻光子的轟擊會導(dǎo)致頂層富含溴的相與富含碘的相分離，從而使缺陷變多并導(dǎo)致整體性能下降。
鑒于此，研究團(tuán)隊進(jìn)行了兩方面的改進(jìn)：去除有機(jī)分子形成全無機(jī)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，引入銣元素。他們表示，銣的引入抑制了光誘導(dǎo)的相分離問題，得到的銣/銫混合無機(jī)鈣鈦礦擁有更好的光穩(wěn)定性。在此基礎(chǔ)上，他們設(shè)計并建造了一個三結(jié)鈣鈦礦電池，在3.21伏的開路電壓下測得其效率為24.3%，而國家可再生能源實驗室測得23.3%的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)效率。
研究負(fù)責(zé)人泰德·薩金特教授指出，此前三結(jié)鈣鈦礦太陽能電池的最高效率約為20%。而且，此前的同類電池往往工作幾小時就會失去很多性能，而新電池即使運行420小時后仍保持80%的初始效率，在耐用性方面也是一大進(jìn)步。(科技日報 記者劉霞)
作者：劉霞
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