研究人员已经证明铅的无毒替代品将如何构成下一代太阳能电池的基础

2019-10-20 17:00:56

研究人员已经证明,铅的无毒替代品将如何构成下一代太阳能电池的基础。来自剑桥大学和美国的一组研究人员已使用理论和实验方法来证明铋如何在元素周期表中以低价使用。铋是元素周期表中铅旁边的所谓“绿色元素”。成本的太阳能电池。他们的研究结果发表在《先进材料》杂志上,表明含铋的太阳能电池可以复制使铅基太阳能电池具有非凡性能的特性,但无需担心毒性。另一个研究小组的后来测试表明,铋基电池可以将光转换为能量的效率高达22%,这与目前市场上最先进的太阳能电池相当。

我们看到的大多数太阳能电池覆盖的区域和屋顶都是由硅制成的。尽管硅在将光转换为能量方面非常高效,但其“缺陷容差”却非常低,这意味着硅需要具有非常高的纯度,使其生产需要大量能源。

在过去的几年中,研究人员一直在寻找性能与硅相似或更好的材料,但不需要如此高的纯度,从而使其生产成本更低。这些新材料中最有前途的一组称为混合卤化钙钛矿,看来有望在太阳能领域掀起一场革命。

钙钛矿型太阳能电池不仅便宜且易于生产,而且在短短几年内就已经变得几乎与硅一样节能。然而,尽管钙钛矿型太阳能电池具有巨大的潜力,但由于其化学结构不可或缺,因此在科学界也颇有争议。钙钛矿太阳能电池中所含的铅是否对人类,动物和环境构成明显风险,目前尚在争论中,但是,一些科学家现在正在寻找无毒材料,这些材料可以替代钙钛矿太阳能电池中的铅而不会对性能产生负面影响。

剑桥大学卡文迪许实验室和材料科学与冶金学系的罗伯特·霍伊(Robert Hoye)博士说:“我们想找出为什么缺陷似乎不会像其他材料那样严重地影响卤化钙钛矿型太阳能电池的性能。”该论文的主要作者。“如果我们能弄清它们的特殊之处,那么也许我们可以使用无毒材料复制它们的特性。”

剑桥研究人员与麻省理工学院,国家可再生能源实验室和美国科罗拉多矿业大学的同事合作,表明周期表中铅旁边的铋可能是铅的无毒替代品。在下一代太阳能电池中。铋被称为“绿色元素”,广泛用于化妆品,个人护理产品和药品中。与铅一样,它是重金属,但无毒。

在这项研究中,Hoye和他的同事研究了碘氧化铋,这种材料以前曾被研究用于太阳能电池和水分解,但由于效率低并且由于其在液体电解质中会降解而被认为不适合。研究人员使用理论和实验方法重新研究了这种材料,以便在固态太阳能电池中使用。

他们发现,碘氧化铋与钙钛矿卤化物一样能容忍缺陷。氧碘化铋在空气中也能稳定至少197天,与某些卤化钙钛矿铅化合物相比有显着改善。通过将碘化铋铋光吸收剂夹在两个氧化物电极之间,它们能够显示出创纪录的性能,该设备将80%的光转化为电荷。

基于铋的装置可以使用常见的工业技术来制造,这表明它们可以大规模且低成本地生产。

材料科学和冶金学系的合著者Judith Driscoll教授说:“碘氧化铋具有新型高效吸光剂的所有正确的物理性质。” “我大约是在五年前才想到这种化合物的,但是我们需要一支大型团队的高度专业化的实验和理论技能来证明这种材料具有实际的应用潜力。”

玛格达琳学院的初级研究员霍耶说:“这项工作表明,关于碘氧化铋的早期理论是正确的,而且这些化合物确实有可能成为成功的太阳能电池。” “我们只是在摸索这些化合物的作用。”

UCL的理论家戴维·斯坎伦博士说:“以前,全球太阳能电池研究界一直在寻找能够复制钙钛矿缺陷容忍度的无毒材料,但在光伏性能方面没有取得很大的成功。”工作。“当我看到这项工作时,我的团队根据光学性质计算出,碘化铋的理论极限效率为22%,与硅和最好的钙钛矿太阳能电池相当。通过这种材料,我们可以得到更多的收益。建立这个团队的工作。”

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