探尋更穩(wěn)定的太陽(yáng)能電池 光伏技術(shù)或?qū)⒂瓉?lái)新發(fā)展
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】在光伏領(lǐng)域，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(PSCs)因其高效率、低成本和制備簡(jiǎn)單的特點(diǎn)而備受矚目，被稱作新概念太陽(yáng)能電池。然而，長(zhǎng)期以來(lái)，其穩(wěn)定性問題一直是制約其進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)商業(yè)化普及的障礙。而近日，美國(guó)萊斯大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)似乎尋找到了新的突破口。根據(jù)《科學(xué)》雜志上發(fā)表的一項(xiàng)重要研究成果，研究團(tuán)隊(duì)成功將甲脒碘基鈣鈦礦(FAPbI3)合成為超穩(wěn)定、高品質(zhì)的光伏薄膜。這有望為太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性問題提供新的解決方案。
據(jù)了解，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的不穩(wěn)定性主要源于其材料的吸濕性、熱不穩(wěn)定性以及離子遷移等內(nèi)在因素。
一方面，鈣鈦礦材料對(duì)濕度較為敏感。在一定的濕度條件下，周圍環(huán)境中的水分有利于鈣鈦礦薄膜的生長(zhǎng)結(jié)晶，減少薄膜中存在的缺陷，提高薄膜的結(jié)晶質(zhì)量和載流子壽命。然而，如果鈣鈦礦薄膜暴露在高濕環(huán)境下，水分和氧氣會(huì)促進(jìn)鈣鈦礦薄膜的分解，從而影響其穩(wěn)定性。
另一方面，鈣鈦礦薄膜在高溫條件下，容易分解，改變其原有的表面形貌，在紫外光的作用下又容易產(chǎn)生光生空穴，催化分解鈣鈦礦層，從而影響穩(wěn)定性。而它的工作環(huán)境又恰恰是表面溫度能夠輕易達(dá)到60攝氏度以上的強(qiáng)紫外光照環(huán)境。
兩方面原因共同作用下，便會(huì)導(dǎo)致實(shí)際工作中鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的整體效率持續(xù)大幅度下降。萊斯大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)的成果恰恰就是解決這兩方面問題。
研究團(tuán)隊(duì)通過在前驅(qū)體溶液中添加二維(2D)鈣鈦礦，讓這些鈣鈦礦可作為模板，引導(dǎo)塊狀或3D鈣鈦礦的生長(zhǎng)，為晶格結(jié)構(gòu)提供額外的壓縮力和穩(wěn)定性。同時(shí)，二維鈣鈦礦在化學(xué)和結(jié)構(gòu)上都比FAPbI3更穩(wěn)定，因此能夠有效防止電池的效率下降。
事實(shí)上，實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果也是如此。在85℃的溫度下，經(jīng)過1000多個(gè)小時(shí)運(yùn)行，F(xiàn)APbI3太陽(yáng)能電池的整體效率下降幅度不到3%。2D鈣鈦礦模板不僅提高了FAPbI3太陽(yáng)能電池的效率，還提高了電池的耐用性。此外，該研究成果還具有降低制造成本、簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、減輕太陽(yáng)能電池板重量和增加靈活性的潛力。這對(duì)于光收集或光伏技術(shù)的變革性影響不言而喻。
而從能源產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展來(lái)看，萊斯大學(xué)的這項(xiàng)研究無(wú)疑為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池商業(yè)化進(jìn)程注入了新的活力，這對(duì)于可再生能源需求不斷增長(zhǎng)的今天是有建設(shè)性意義的。我們有理由期待，在不久的將來(lái)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池將成為推動(dòng)全球可再生能源發(fā)展的重要力量。
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