研究人员报告了有关钙钛矿太阳能电池的新发现

2019-10-11 16:33:50

基于钙钛矿的太阳能电池有很多优点。它们制造简单,价格便宜,具有灵活性,可以解锁各种新的安装方法和位置,近年来,其能源效率已接近传统的硅基电池。

但是,弄清楚如何生产能持续数月以上的基于钙钛矿的能源设备一直是一个挑战。

现在,来自佐治亚理工学院,加利福尼亚大学圣地亚哥分校和麻省理工学院的研究人员报告了有关钙钛矿太阳能电池的新发现,这些发现可能会引领性能更好的设备。

佐治亚理工学院材料科学与工程学院的助理教授Juan-Pablo Correa-Baena说:“钙钛矿太阳能电池具有非常大的潜在优势,因为它们非常轻巧并且可以用柔性塑料基板制成。“但是,要想与硅基太阳能电池在市场上竞争,就必须提高效率。”

在2月8日发表在《科学》杂志上的一项研究中,由美国能源部和国家科学基金会赞助,研究人员更详细地描述了向传统钙钛矿中添加碱金属如何提高性能的机理。

加州大学圣地亚哥分校纳米工程学教授戴维•芬宁(David Fenning)说:“钙钛矿确实可以改变太阳能的游戏方式。” “他们有潜力在不损失性能的情况下降低成本。但是,从根本上了解这些材料还有很多。”

要了解钙钛矿晶体,将其晶体结构视为三合会很有帮助。三重轴的一部分通常由元素引线形成。第二种通常由有机成分(例如甲基铵)组成,第三种通常由其他卤化物(例如溴和碘)组成。

近年来,研究人员致力于测试不同的配方以获得更高的效率,例如在结构的铅组分中添加碘和溴。后来,他们尝试将铯和rub替换为通常被有机分子占据的钙钛矿部分。

Correa-Baena说:“我们从早期的工作中知道,将铯和and添加到混合的溴和碘铅钙钛矿中可以带来更好的稳定性和更高的性能。”

但是对于为什么添加这些碱金属会改善钙钛矿的性能知之甚少。

为了确切地了解为什么它似乎起作用,研究人员使用高强度X射线映射技术检查了纳米级的钙钛矿。

“通过查看钙钛矿材料中的成分,我们可以看到每个单独的元素如何在改善设备性能中发挥作用,”加州大学圣地亚哥分校的纳米工程博士生Yanqi(Grace)Luo说。

他们发现,将铯和rub添加到混合的溴和碘钙钛矿中时,会导致溴和碘更加均匀地混合在一起,与没有这些添加剂的材料相比,转化效率最高可提高2%。

芬宁说:“我们发现化学和结构的均匀性有助于钙钛矿太阳能电池发挥最大的作用。” “该主干网中的任何异质性都像链中的薄弱环节。”

即便如此,研究人员还观察到,尽管添加rub或铯会导致溴和碘变得更加均匀,但它们自身阳离子中的卤化物金属本身仍保持相当的簇状状态,从而在太阳能电池中形成了不活动的“死区”,从而不产生电流。

芬宁说:“这令人惊讶。” “拥有这些死区通常会杀死太阳能电池。在其他材料中,它们就像黑洞一样,会吸收其他区域的电子,并且永远不会让它们离开,因此会损失电流和电压。

芬宁说:“但是在这些钙钛矿中,我们发现rub和铯周围的死区对太阳能电池的性能影响不大,尽管存在电流损耗。” “这表明这些材料非常坚固,而且还有更多的改进机会。”

这些发现增加了对基于钙钛矿的设备如何在纳米级工作的理解,并可以为将来的改进奠定基础。

Correa-Baena说:“这些材料有望具有很高的成本效益和高性能,这几乎是我们确保光伏面板得以广泛部署所需要的。” “我们希望设法抵消气候变化的影响,因此,其想法是使光伏电池尽可能便宜。”

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