鈣鈦礦太陽能電池的重要突破

樣品全無機鈣鈦礦太陽能電池是商業用途的一步。他們發現了一種淬火銫碘化鉛太陽能電池缺陷的方法，使他們能夠保持材料的帶隙，這是太陽能電池效率的關鍵特性。圖片來源：Jeff Fitlow/Rice University

萊斯大學材料科學家使用無機成分來限制缺陷，保持效率。

萊斯大學的科學家認為，他們已經克服了阻礙鈣鈦礦基太陽能電池實現主流使用的主要障礙。

Rice大學博士后研究員Jia Liang持有用全無機材料開發的鈣鈦礦太陽能電池。通過消除有機成分來控制電池中的缺陷，使其更堅固，同時保持其功率轉換效率。圖片來源：Jeff Fitlow/Rice University

通過戰略性地使用銦元素代替鈣鈦礦中的一些鉛，布朗工程學院的水稻材料科學家Jun Lou和他的同事們表示，他們能夠更好地設計影響化合物帶隙的銫碘化鉛太陽能電池的缺陷，太陽能電池效率的關鍵特性。

作為一個副作用，實驗室新配制的電池可以在露天制造，持續數月而不是數天，太陽能轉換效率略高于12%。

水稻隊的結果于2019年11月4日在Advanced Materials上發表。

鈣鈦礦是具有立方晶格的晶體，已知是有效的光收集器，但材料往往受到光，濕度和熱量的壓力。

不是水稻鈣鈦礦。

“從我們的角度來看，這是一個新事物，我認為這是一個重要的突破，”他說?！斑@與傳統不同l、 主流鈣鈦礦人們一直在談論10年-無機-有機雜化材料，為您提供迄今為止記錄的鈣鈦礦太陽能電池最高效率，約25%。但是這種材料的問題是它的不穩定性。

“工程師正在開發封蓋層和事物，以保護這些珍貴，敏感的材料免受環境影響，”Lou說?！暗茈y與本質上不穩定的材料本身區分開來。這就是為什么我們著手做一些不同的事情?！?/p>

電子顯微鏡圖像顯示了萊斯大學開發的全無機鈣鈦礦太陽能電池的橫截面。從頂部開始，這些層是碳電極，鈣鈦礦，氧化鈦，氟摻雜氧化錫和玻璃。比例尺等于500納米。信用：Lou Group/Rice University

水稻博士后研究員，主要作者賈亮和他的團隊建造并測試了無機銫，鉛和碘化物的鈣鈦礦太陽能電池，這些電池由于缺陷而往往快速失效。但是通過添加溴和銦，研究人員能夠消除材料中的缺陷，將效率提高到12%以上，電壓提高到1.20伏。

作為獎勵，材料證明非常穩定。這些細胞是在環境條件下制備的，站在休斯頓的高濕度下，封裝的細胞在空氣中保持穩定超過兩個月，遠遠好于普通的碘化銫鉛細胞持續的幾天。

示意圖顯示了萊斯大學材料科學家開發的全無機鈣鈦礦太陽能電池。信用太陽能電池：Lou Group/Rice University

“這種材料的最高效率可能約為20%，如果我們可以到達那里，這可能是一種商業產品，”梁說?！八裙杌哂袃瀯萏柲茈姵赜捎诤铣煞浅１阋?，因此基于解決方案且易于放大?；旧?，你只需將它鋪在基板上，讓它變干，然后就可以使用太陽能電池?！?/p>

####

參考文獻：“Jia Liang，Xiao Han，Ji-Hui Yang，Boyu Zhang，Qiyi Fang，Jing Zhang，Qing Ai，Meredith M.Ogle，Tanguy Terlier，AngelA.Martí和Jun Lou，2019年11月4日，Advanced Materials。
DOI:10.1002/adma.201903448

本文的共同作者是中國西北理工大學的小韓；復旦大學的楊志輝；水稻研究生張博宇，方啟義，Meredith Ogle，博士后研究員張靜，學術訪問者青艾，研究專家Tanguy Terlier和化學副教授AngelMartí，生物工程和材料科學與納米工程。Lou是材料科學與納米工程以及化學教授。

Peter M.和Ruth L.Nicholas納米技術博士后獎學金，韋爾奇基金會，中國獎學金委員會和國家科學基金會支持這項研究。