合成的新材料可用于制造极高效的过氧化物太阳能电池

2022年01月17日 20:43 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

立陶宛考纳斯理工大学(KTU)的一组化学家合成了用于建造破纪录的过氧化物太阳能模块的材料,其转化效率为21.4%。这是通过活性太阳能电池层的钝化实现的,它提高了电池的效率并大大改善了其稳定性。

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过氧化物太阳能电池(PSCs)是世界上发展最快的太阳能电池技术之一。这些元件是薄而轻巧,使用起来也非常灵活,并且是由低成本的材料制成。然而,这种类型的太阳能电池仍然面临一个主要问题:过氧化物材料在环境条件下的快速降解。

钝化是提高过氧化物太阳能电池稳定性的一种简单而有效的方法,并被认为是消除过氧化物材料缺陷及其负面影响的最有效策略之一。钝化后的过氧化物表面对温度或湿度等环境条件的抵抗力更强,也更稳定,延长了设备的耐久性。

KTU的化学家与来自中国、意大利、瑞士和卢森堡的研究人员一起,利用钝化方法大大改善了过氧化物太阳能电池的稳定性。在钝化过程中,过氧化物表面变得没有化学活性,从而消除了制造过程中出现的过氧化物缺陷。随后的过氧化物太阳能电池达到了23.9%的效率,并具有长期的运行稳定性(超过1000小时)。

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Kasparas Rakstys博士,KTU化学技术学院研究小组的负责人

"之前已经应用了钝化技术,但到目前为止,在传统的三维(3D)过氧化物吸收体上形成了二维(2D)层,使得载流子难以移动,尤其是在较高温度下。"该发明的共同作者、KTU首席研究员Kasparas Rakštys博士说:"避免这种情况至关重要,因为太阳能电池会变热。

为了解决这个问题,一个国际研究小组进行了一项研究,估计了形成二维过氧化物所需的最低能量。三维过氧化物层的表面被KTU合成的苯乙基碘化铵的不同异构体所钝化。这些异构体具有相同的分子式,但在空间中的原子排列不同,决定了二维过氧化物的形成概率。

来自瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的研究人员在过氧化物太阳能迷你模块中测试了这些材料,其活性区域比典型的、实验室规模的过氧化物太阳能电池大300多倍。这些微型模块达到了创纪录的21.4%的太阳能转换效率。破纪录的迷你太阳能模块的过氧化物层的表面涂有KTU化学家开发的材料。

"这项研究证明,在防止钝化对太阳能电池的负面影响方面相当有效。研究发现,由于立体阻碍避免了二维过氧化物的形成,钝化基团最接近的异构体导致最有效的钝化。有趣的是,立体阻碍在不同的化学领域中也被用作防止或减缓不良反应的工具,"KTU的研究人员说。

这项研究发表在《自然-通讯》上,这是世界上最权威的科学期刊之一。

目前,KTU的研究人员正在与其他国家的同事合作,生产功能性、空穴传输材料和新的过氧化物成分。根据Rakštys博士的说法。"科学领域的国际合作是至关重要的,因为不可能涵盖所有的领域,如在这种跨学科领域工作的化学、物理学和材料科学。"

KTU的研究人员合成、测试并旨在应用新材料来生产更高效和稳定的太阳能电池。

"Rakštys博士说:"这是一个非常有吸引力的领域,因为过氧化物太阳能电池是目前增长最快的技术之一,它们的成功商业化可以为气候变化解决方案做出贡献。"

这并不是KTU科学家第一次在太阳能技术方面创造世界纪录。KTU的化学家与柏林亥姆霍兹中心(HZB)研究所的物理学家一起,提高了串联硅-过氧化物太阳能电池的效率,现在达到了29.8%。这是这种类型的太阳能元件的世界纪录。

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