研究人员开发高效率过氧化物 让太阳能电池成本更低

2021年07月16日 01:25 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

将太阳光转化为电能的太阳能电池,长期以来一直是全球可再生能源愿景的一部分。虽然单个电池非常小,但许多电池构成太阳能电池模块时,它们可以用来给电池充电和给灯供电。如果并排放置,有一天它们可以成为建筑物的主要能源。但是,目前市场上的太阳能电池使用的是硅,这使得它们与更传统的电源相比,制造成本昂贵。

现在一种相对较新的材料金属卤化过氧化物开始出现。当它处于一个太阳能电池的中心时,这种晶体结构也能将光转换为电,但成本比硅低得多。此外,基于过氧化物的太阳能电池可以使用刚性和柔性基材来制造,因此,除了更便宜之外,它们还可以更轻便和灵活。但是,为了具有现实世界的潜力,这些原型需要增加尺寸、效率和寿命。

现在,在一项发表在《纳米能源》上的新研究中,冲绳科技大学研究人员已经证明,以不同的方式创造过氧化物所需的原材料之一可能是这些电池成功的关键。研究人员表示,在金属卤化过氧化物中有一种必要的结晶粉末,叫做FAPbI3,它形成了金属卤化过氧化物的吸收层,以前,该层是通过结合两种材料PbI2和FAI来制造的。发生的反应产生了FAPbI3。但这种方法远非完美。经常有一种或两种原始材料的残留物,这可能会阻碍太阳能电池的效率。

为了解决这个问题,研究人员用一种更精确的粉末工程方法合成了结晶粉末。他们仍然使用其中一种原材料PbI2,但也包括额外的步骤,其中包括将混合物加热到90摄氏度,仔细溶解并过滤掉任何残留物。这确保了所产生的粉末是高质量的,结构上是完美的

这种方法的另一个好处是,过氧化物的稳定性在不同的温度下都有所提高。当过氧化物的吸收层从原始反应中形成时,它在高温下是稳定的。然而,在室温下,它从棕色变成了黄色,这对于吸收光线来说并不理想。合成的版本即使在室温下也是棕色的。

过去,研究人员创造了一种效率超过25%的过氧化物基太阳能电池,效率与硅基太阳能电池相当。但是,要将这些新的太阳能电池移出实验室,必须在尺寸和长期稳定性方面进行升级。实验室规模的太阳能电池很小,每个电池的尺寸只有大约0.1平方厘米。大多数研究人员专注于这些尺寸,因为它们更容易创建。但是,就应用而言,我们需要太阳能模块,它要大得多。太阳能电池的寿命也是需要注意的问题。虽然之前已经达到了25%的效率,但其寿命最多只有几千小时。在这之后,电池的效率开始下降。

使用合成的结晶过氧化物粉末,研究人员在他们的太阳能电池中实现了超过23%的转换效率,但寿命超过了2000小时。当他们扩大到5x5cm2的太阳能模块时,他们仍然取得了超过14%的效率。作为一个概念验证,他们制造了一个装置,使用过氧化物太阳能模块为锂离子电池充电。这些结果代表着向高效和稳定的过氧化物太阳能电池和模块迈出了关键的一步。

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