研究人員開發高效率過氧化物 讓太陽能電池成本更低

將太陽光轉化為電能的太陽能電池,長期以來一直是全球可再生能源願景的一部分。雖然單個電池非常小,但許多電池構成太陽能電池模塊時,它們可以用來給電池充電和給燈供電。如果並排放置,有一天它們可以成為建築物的主要能源。但是,目前市場上的太陽能電池使用的是矽,這使得它們與更傳統的電源相比,製造成本昂貴。

現在一種相對較新的材料金屬鹵化過氧化物開始出現。當它處於一個太陽能電池的中心時,這種晶體結構也能將光轉換為電,但成本比矽低得多。此外,基於過氧化物的太陽能電池可以使用剛性和柔性基材來製造,因此,除了更便宜之外,它們還可以更輕便和靈活。但是,為了具有現實世界的潛力,這些原型需要增加尺寸、效率和壽命。

研究人員開發高效率過氧化物 讓太陽能電池成本更低

現在,在一項發表在《納米能源》上的新研究中,沖繩科技大學研究人員已經證明,以不同的方式創造過氧化物所需的原材料之一可能是這些電池成功的關鍵。研究人員表示,在金屬鹵化過氧化物中有一種必要的結晶粉末,叫做FAPbI3,它形成了金屬鹵化過氧化物的吸收層,以前,該層是通過結合兩種材料PbI2和FAI來製造的。發生的反應產生了FAPbI3。但這種方法遠非完美。經常有一種或兩種原始材料的殘留物,這可能會阻礙太陽能電池的效率。

為了解決這個問題,研究人員用一種更精確的粉末工程方法合成了結晶粉末。他們仍然使用其中一種原材料PbI2,但也包括額外的步驟,其中包括將混合物加熱到90攝氏度,仔細溶解並過濾掉任何殘留物。這確保了所產生的粉末是高質量的,結構上是完美的。

研究人員開發高效率過氧化物 讓太陽能電池成本更低

這種方法的另一個好處是,過氧化物的穩定性在不同的溫度下都有所提高。當過氧化物的吸收層從原始反應中形成時,它在高溫下是穩定的。然而,在室溫下,它從棕色變成了黃色,這對於吸收光線來說並不理想。合成的版本即使在室溫下也是棕色的。

過去,研究人員創造了一種效率超過25%的過氧化物基太陽能電池,效率與矽基太陽能電池相當。但是,要將這些新的太陽能電池移出實驗室,必須在尺寸和長期穩定性方面進行升級。實驗室規模的太陽能電池很小,每個電池的尺寸只有大約0.1平方厘米。大多數研究人員專注於這些尺寸,因為它們更容易創建。但是,就應用而言,我們需要太陽能模塊,它要大得多。太陽能電池的壽命也是需要注意的問題。雖然之前已經達到了25%的效率,但其壽命最多隻有幾千小時。在這之後,電池的效率開始下降。

使用合成的結晶過氧化物粉末,研究人員在他們的太陽能電池中實現了超過23%的轉換效率,但壽命超過了2000小時。當他們擴大到5x5cm2的太陽能模塊時,他們仍然取得了超過14%的效率。作為一個概念驗證,他們製造了一個裝置,使用過氧化物太陽能模塊為鋰離子電池充電。這些結果代表著向高效和穩定的過氧化物太陽能電池和模塊邁出了關鍵的一步。

來源:cnBeta