多倫多大學工程學院、西北大學和托萊多大學之間的合作已經(jīng)產生了一種具有極高效率和創(chuàng)紀錄電壓的完全過氧化物質連接太陽能。
(資料圖片)
該原型設備展示了這一新的興光伏技術的潛力，它可以提供與傳統(tǒng)太陽能電池相關的按鍵限制，同時還能提供更低廉的。
"(tedSargent)"："TedSargent)："the："進一步進一步太陽能的效率對于我們的經(jīng)濟正在進行的重要重要的工程系。
""雖然硅來經(jīng)歷了進步進步，但特性特性，其特性，其其效率效率效率和和成本成本成本存在固有有的的限制。。過氧化物這些這些其潛力。我們的最新研究確定了其中的一個關鍵原因，并指出了一條前進的道路"。
傳統(tǒng)太陽能純度高的的，其其的的制成能量成本很很高高。相比之下，包晶相比之下相比之下很很成本成本成本成本，包晶包晶高很液體中，并使用低成本、成熟的技術旋轉涂到表面。
過氧化物優(yōu)勢是，通過優(yōu)勢是調整晶體和化學化學成分成分成分，制造商化學化學化學
在今天發(fā)表在《自然》雜志上的一篇新論文中，該國際研究小組使用了兩個不同的過氧化物層，每個都被調諧到太陽光譜的不同部分，以產生所謂的串聯(lián)太陽能電池。
"薩金特實驗室的博士后研究員、這篇新論文的五位共同第一作者之一李崇文說："在我們的電池中，頂部的過氧化物層有一個更寬的帶隙，在光譜的紫外線部分以及一些可見光中吸收良好。
"底層有一個狹窄的帶隙，它更多地被調整到光譜的紅外部分。在這兩者之間，我們覆蓋了比硅更多的光譜。"
這種串聯(lián)設計使電池能夠產生非常高的開路電壓，這反過來又提高了其效率。但關鍵的創(chuàng)新來自于研究小組對過氧化物層(光被吸收并轉化為激發(fā)電子的地方)和相鄰層(被稱為電子傳輸層)之間的界面進行分析。
"我們發(fā)現(xiàn)的是，跨越過氧化物層表面的電場--我們稱之為表面電位--是不均勻的，"另一位共同第一作者、博士生艾丹-麥克斯韋說。
"這樣做的效果是，在一些地方，受激電子很容易進入電子傳輸層，但在其他地方，它們只是與它們留下的空穴重新結合。這些電子在電路中丟失了。"
為了應對這一挑戰(zhàn)，該團隊將一種稱為1,3-丙二銨(PDA)的物質涂覆到鈣鈦礦層的表面。盡管涂層的厚度只有幾納米，但效果卻大不相同。
“PDA帶有正電荷，它能夠平衡表面電位，”另一位共同主要作者、博士后研究員陳浩說。
“當我們添加涂層時，鈣鈦礦層與電子傳輸層的能量對齊要好得多，這大大提高了我們的整體效率。”
該團隊的原型太陽能電池面積為1平方厘米，并產生2.19電子伏特的開路電壓，這是全鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池的記錄。其功率轉換效率測得為27.4%，高于目前傳統(tǒng)單結硅太陽能電池的記錄。該電池還通過了科羅拉多州國家可再生能源實驗室的獨立認證，效率為26.3%。
該團隊使用行業(yè)標準方法測量了新電池的穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)它在連續(xù)運行500小時后仍保持初始效率的86%。
“繼續(xù)提高下一代太陽能電池的效率和穩(wěn)定性是電力供應脫碳的關鍵優(yōu)先事項，”斯坦福大學材料科學與工程系主任AlbertoSalleo教授說，他沒有參與這項研究.
“該團隊對鈣鈦礦太陽能電池的大帶隙部分中關鍵界面(與電子提取層的連接)的限制因素有了深入的化學理解。這些來自基礎科學的見解與創(chuàng)新的材料工程策略相結合，將繼續(xù)推動該領域向前發(fā)展。”
研究人員現(xiàn)在將專注于通過增加流經(jīng)電池的電流、提高穩(wěn)定性和擴大電池面積來進一步提高效率，以便將其擴大到商業(yè)規(guī)模。
確定層間接口所起的關鍵作用也為未來可能的改進指明了方向。
“在這項工作中，我們專注于鈣鈦礦層和電子傳輸層之間的界面，但還有另一個重要的層可以提取電子留下的‘空穴’，”Sargent說。
“根據(jù)我在這個領域的經(jīng)驗，其中一件有趣的事情是，學習掌握一個界面并不一定會教你掌握其他界面的規(guī)則。我認為還有更多的發(fā)現(xiàn)有待完成。”
麥克斯韋說，鈣鈦礦技術能夠與硅抗衡，盡管后者已經(jīng)領先了數(shù)十年，但令人鼓舞。
“在過去十年中，鈣鈦礦技術的發(fā)展幾乎與硅在過去40年中的發(fā)展持平，”他說。“想象一下再過十年它能做什么。”
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