硅在太阳能产品中占主导地位

2019-10-10 10:18:24

硅在太阳能产品中占主导地位-它稳定,便宜且有效地将阳光转化为电能。任何采用硅的新材料都必须基于这些理由竞争并获胜。作为一项国际研究合作的结果,上海交通大学,洛桑联邦理工学院(EPFL)和冲绳科技大学研究生院(OIST)已经找到了一种稳定的材料,可以有效地产生电能-可以挑战硅霸权。

合作团队在《科学》杂志上发表文章,展示了如何将CsPbI3材料稳定在能够实现高转换效率的新配置中。CsPbI3是一种无机钙钛矿,由于其高效率和低成本而在太阳能领域中广受欢迎。值得一提的是,稳定这些材料在历史上一直是一个挑战。

OIST能源材料与表面科学部门负责人Qi Yabing Qi教授说:“我们对表明CsPbI3可以与行业领先的材料竞争的结果感到满意,”他负责这项研究的表面科学方面。“从初步结果来看,我们现在将致力于提高材料的稳定性-并具有商业前景。”

能级调整

CsPbI3通常在其α相中进行研究,α相是一种众所周知的晶体结构,因其黑色而被称为暗相。这个阶段特别擅长吸收阳光。不幸的是,它也是不稳定的-结构迅速降解为淡黄色,吸收太阳光的能力较弱。

取而代之的是,这项研究探索了处于β相的晶体,这种结构鲜为人知的结构比其α相更稳定。尽管此结构更稳定,但显示出相对较低的功率转换效率。

这种低效率部分是由于薄膜太阳能电池中经常出现的裂纹造成的。这些裂纹会导致电子损失到太阳能电池的相邻层中,这些电子不再作为电流流动。该团队用碘化胆碱溶液处理材料以修复这些裂纹,并且该解决方案还优化了太阳能电池各层之间的界面,称为能级对准。

Qi教授的合著者Luis K. Ono博士说:“电子自然流到电子势能较低的材料上,因此,相邻层的能级必须类似于CsPbI3,这一点很重要。” “层之间的这种协同作用导致更少的电子损失-产生更多的电。”

OIST团队在OIST技术开发和创新中心的支持下,使用紫外光发射光谱法研究了CsPbI3与相邻层之间的能级对准。这些数据显示了电子如何才能自由移动穿过不同的层,从而产生电流。

结果表明,用碘化胆碱处理后,相邻层的电子损失很小,这是因为两层之间的能级排列更好。通过修复自然出现的裂纹,这种处理使转换效率从15%提高到18%。

尽管这一飞跃似乎很小,但它使CsPbI3进入了认证效率领域,这是竞争对手太阳能材料提供的竞争价值。尽管这种早期结果很有希望,但无机钙钛矿仍然落后。为了使CsPbI3能够与硅真正竞争,该团队接下来将研究三重因素,使硅的统治得以继续-稳定性,成本和效率。

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