物理学家延长钙钛矿太阳能电池的寿命

Josiah02 · 发表于 2024-7-11 08:33:21

　　硅在当前的商业太阳能电池行业中占据主导地位，具有低成本、高效率和长寿命等优势。
　　但金属卤化物钙钛矿是一种很有前途的替代方案，正如托莱多大学赖特光伏创新和商业化中心的研究人员反复证明的那样。
　　钙钛矿成本较低。它们的效率更高，正如赖特中心的研究人员及其合作者在 2022 年的《自然》杂志上记录的那样，他们使用全钙钛矿串联太阳能电池。它们的潜在寿命也在延长，这在一定程度上要归功于赖特中心的研究人员为提高其耐用性而开发的一种创新方法，并于 2023年在《科学》杂志上记录了这一方法。
　　目前，莱特中心的研究人员正致力于研究这些电池的稳定性，不断努力延长它们的使用寿命，并逐步消除阻碍其商业化的最后障碍。
　　在《焦耳》杂志上发表的新研究中，他们描述了对串联电池关键部件化学结构的调整，使其能够连续发电超过 1,000 小时。
　　“具有传统空穴传输层的最先进的全钙钛矿串联电池只能连续运行数百小时，”托莱多大学物理与天文系的合著者和助理教授宋兆宁博士说。
　　“我们的创新延长了这些设备的稳定性，推动了全钙钛矿串联技术的发展，使其更接近实际应用。”
　　空穴传输层是太阳能电池的重要组成部分，其最简单的形式是由两个堆叠的半导体组成，通过复杂的电子移动产生电能。空穴传输层收集称为“空穴”的带正电粒子，是这一电子移动过程效率不可或缺的一部分。
　　但研究人员早就注意到了与低带隙锡铅钙钛矿空穴传输层有关的一个复杂问题——即传统的空穴传输层在这种情况下会与半导体发生化学反应，腐蚀面板并阻碍其稳定性。
　　这很重要，因为低带隙锡铅钙钛矿是全钙钛矿串联太阳能电池的重要组成部分，这种将两个钙钛矿太阳能电池堆叠在一起的排列方式对研究人员很有吸引力，因为它可以增加整个装置产生的总电能。全钙钛矿串联太阳能电池包含一个宽带隙顶部电池和低带隙底部电池，利用太阳光谱的不同部分来发电。
　　在《焦耳》杂志发表的研究中，研究人员确定了低带隙电池的腐蚀源，并引入了具有更高酸解离常数的羧基的非传统空穴传输层。这种新的空穴传输层抑制了导致腐蚀的去质子化过程，最终将串联单元的使用寿命延长至 1,000 小时以上，效率损失不到 3%。
　　“托莱多大学的物理学家致力于推进钙钛矿太阳能电池技术，我们相信，在我们迈向脱碳未来的过程中，钙钛矿太阳能电池技术有望成为一种成本更低、效率更高的硅替代品，”本文资深作者、物理与天文系杰出大学教授 Yanfa Yan 博士说。
　　“这是一个令人兴奋的进展，但在全钙钛矿串联太阳能电池进入商业市场之前仍有一些障碍需要克服。”

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