钾溶液可以使下一代太阳能电池将更多的阳光转化为电能

2019-10-15 17:55:41

由剑桥大学领导的国际研究人员小组发现,添加碘化钾可以“修复”缺陷和固定的离子运动,迄今为止,这些缺陷已限制了廉价钙钛矿太阳能电池的效率。这些下一代太阳能电池可以用作现有基于硅的太阳能电池之上的增效层,也可以制成独立的太阳能电池或彩色LED。结果报告在《自然》杂志上。

该研究中的太阳能电池基于金属卤化物钙钛矿-一种有前途的离子半导体材料,在短短几年的发展中,就其将太阳光转化为电能的效率而言,现在已经可以与商业薄膜光伏技术相媲美。钙钛矿便宜且易于在低温下生产,这使其对下一代太阳能电池和照明具有吸引力。

尽管钙钛矿具有潜力,但某些局限性限制了它们的效率和一致性。钙钛矿的晶体结构中的微小缺陷(称为陷阱)会导致电子在利用能量之前被“卡住”。电子越容易在太阳能电池材料中移动,该材料将光子,光粒子转换成电的效率就越高。另一个问题是,离子在被照射时会在太阳能电池中四处移动,这会导致带隙发生改变,即材料吸收的光的颜色。

剑桥大学卡文迪许(Cavendish)的山姆·斯特兰克斯(Sam Stranks)博士说:“到目前为止,我们还无法使这些材料稳定在所需的带隙范围内,因此,我们一直在通过调整钙钛矿层的化学成分来固定离子运动。”实验室负责人。“这将使钙钛矿可以用作通用型太阳能电池或彩色LED,它们实质上是反向运行的太阳能电池。”

在这项研究中,研究人员通过向钙钛矿油墨中添加碘化钾来改变钙钛矿层的化学组成,然后将其自组装成薄膜。该技术与卷对卷工艺兼容,这意味着它是可扩展且廉价的。碘化钾在钙钛矿的顶部形成了一个“装饰”层,具有“修复”陷阱的作用,因此电子可以更自由地移动,并固定了离子的移动,从而使材料在所需的条件下更稳定。带隙。

研究人员证明,钙钛矿带隙非常适合在硅太阳能电池或其他钙钛矿层(所谓的串联太阳能电池)上层叠,其性能令人鼓舞。硅串联太阳能电池是钙钛矿最有可能的首次广泛应用。通过添加钙钛矿层,可以从更宽的太阳光谱范围内更有效地收集光。

斯特兰克斯说:“钾稳定了我们想要的串联太阳能电池的钙钛矿带隙,并使它们更具发光性,这意味着太阳能电池的效率更高。”斯特兰克斯说,他的研究由欧盟和欧洲研究理事会的“地平线2020年计划”资助。“它几乎完全处理了钙钛矿中的离子和缺陷。”

“我们发现钙钛矿对添加剂非常耐受-您可以添加新的成分,它们的性能会更好。”卡文迪许实验室博士候选人,由Nava Technology Limited资助的第一作者Mojtaba Abdi-Jalebi说。“与其他光伏技术不同,我们不需要添加额外的层来提高性能,只需将添加剂与钙钛矿油墨混合即可。”

钙钛矿和钾装置在测试中显示出良好的稳定性,并且在将光转换成电方面效率为21.5%,这与最佳的钙钛矿基太阳能电池相似,并且不低于硅基太阳能电池的实际效率极限,即(29%)。由具有理想带隙的两个钙钛矿层制成的串联电池的理论效率极限为45%,实际极限为35%,两者均高于当前硅的实际效率极限。“您可以用自己的钱获得更多的权力,”斯特兰克斯说。

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