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超高效率材料:研究人员开发“串联钙钛矿太阳能电池”

来源:nanowerk   更新时间:2019-05-15 14:22:45    
超高效率材料:研究人员开发“串联钙钛矿太阳能电池”

  宇特莱多大学物理与天文系研究助理教授宋兆宁博士,与宇特莱多大学物理教授严燕发博士共同研制了钙钛矿太阳能电池微型模块。(图片:托莱多大学)

  利用世界上最清洁、最丰富的可再生能源的最廉价、最有效的方法离现实更近了一步。

  托莱多大学的物理学家将太阳能电池的性能提升到前所未有的水平,在化学配方和制造新材料的过程中取得了重大突破。

  美国能源部下属的国家可再生能源实验室和科罗拉多大学Yanfa Yan博士UToledo物理学教授设想超高效率的材料称为串联钙钛矿太阳能电池将准备在全尺寸的太阳能电池板的消费市场在不久的将来。

  钙钛矿是一种通过化学作用形成特殊晶体结构的复合材料,它将取代硅。目前,硅仍是将太阳光转化为电能的首选太阳能电池材料。

  严说:“我们正在生产效率更高、成本更低的太阳能电池,这些电池有望帮助解决世界能源危机。”“这项有意义的工作将为我们的子孙后代保护我们的地球。我们现在面临着消耗大部分化石能源的问题,我们的合作团队正致力于改进我们的创新方式来清理这些混乱。”

  新研究论文发表在《科学》杂志上(“航母使用寿命> 1µs Sn-Pb钙钛矿使高效all-perovskite串联太阳能电池”),概述了光电团队是如何微调的铅和锡的推进技术接近其最大效率。目前的努力已经将这种新型太阳能电池的效率提高到了23%左右。相比之下,目前市场上的硅太阳能电池板的效率只有18%左右。

  科学家们使用一种名为硫氰酸胍的化合物来显著改善铅锡混合钙钛矿薄膜的结构和光电性能。

  大约五年前燕的团队UToledo确定钙钛矿的理想特性,他已经20年经验的关注产生all-perovskite串联太阳能电池,汇集了两个不同的太阳能电池增加所产生的总电力使用两个太阳光谱的不同部分。

  上个月,美国能源部向阎提供了110万美元的资助,用于继续与国家可再生能源实验室合作进行研究。

  “这是我们等了很长时间的材料,”严说。“太阳能产业正在观望和等待。一些公司已经开始投资这项技术。”

  严教授是半导体、材料合成和薄膜太阳能电池制造领域的缺陷物理和电子性能理论专家。

  “我们的UToledo研究正在进行中,目的是制造更便宜、更高效的太阳能电池,可以与当前流行的硅光伏技术相媲美,甚至超越后者,”该研究的合著者、UToledo大学物理与天文学研究助理教授宋兆宁博士说。“我们的双层钙钛矿串联太阳能电池提供了很高的能量转换效率,并有潜力降低太阳能电池板的生产成本,这是光伏发电的一个重要进步。”

  虽然严的团队已经提高了材料的质量和以低成本制造这些材料的过程,但还需要取得更多进展。

  “材料成本很低,制造成本也很低,但材料的寿命仍然是一个未知数,”宋说。“我们需要继续提高效率和稳定性。”

  “此外,铅被认为是一种有毒物质,”严说。“我决心与太阳能行业合作,确保这种材料制成的太阳能电池板可以回收,这样它们就不会对环境造成危害。”

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