钙钛矿结合钾,太阳能电池效率再提升

作者 | 发布日期 2018 年 03 月 22 日 17:50 | 分类 光电科技 , 电池 , 能源科技
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【Technews科技新报】钙钛矿电池是下一代太阳能电池中最具竞争力者,而剑桥大学团队现在发现只要透过添加碘化钾,就能再提升钙钛矿太阳能电池的效率达 21.5%,将更多阳光转为电力。



研究人员这样描述:碘化钾“治愈”了钙钛矿太阳能电池僵化的离子行为,这缺陷已限制便宜的钙钛矿电池提升效率多年。

钙钛矿做为一种极有前途的离子半导体材料,从首次发现至今短短几年就在商业薄膜光伏技术中产生竞争力,由于成本低廉、可低温产制,对太阳能电池与照明设备商有莫大吸引力。

但还是有些条件妨碍了钙钛矿的效率,比如钙钛矿结晶结构中的微小缺陷常被称为“陷阱”,可能会导致电子在能量被利用前“卡住”,而电子在太阳能电池材料中移动越容易,光子被转化成电的效率越高;另一个问题是,离子于阳光照射时在电池中移动会导致能隙(band gap)发生变化,改变材料吸收的光。

剑桥大学研究人员 Sam Stranks 表示,到目前为止,科学家都还没有找到可使材料能隙保持稳定的方法,所以只能试图调整钙钛矿层的化学组成来固定离子运动,而这使钙钛矿摇身变成彩色 LED 材料而非太阳能电池。

在新实验里,研究人员于墨水中添加碘化钾,等墨水干掉就会留下化学组成改变的钙钛矿层薄膜。科学家发现,碘化钾于钙钛矿层顶部形成的“装饰层”可以“愈合”陷阱,让电子更自由移动并固定离子运动,使材料拥有稳定能隙,这代表串联的钙钛矿太阳能电池将变得更高效。

而钙钛矿与钾结合表现出良好稳定性,转换效率达 21.5%,与最好的钙钛矿太阳能电池相似,离硅太阳能电池的实际效率极限(29%)也不远。若是由 2 个具理想带隙的钙钛矿层制成串联电池,可能具有 45% 的理论效率极限和 35% 的实际极限──全高于当前硅电池的实际效率极限。

与其他光伏技术不同,由于钙钛矿非常随和,科学家无需添加额外有机层,只要透过不同材料与比例混合就能得出不同的光学特性与电性表现,任何一种新组成都可能让钙钛矿性能变得更好。新研究发布在《自然》期刊。

(首图来源:剑桥大学

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