寻找更容易加工成太阳能电池的新型光伏材料

  发布时间: 2019年07月01日 18:21:43   作者: 广丰能源网

2019-06-16 15:18:23 科技

对某类光伏材料如何有效地将太阳光转化为电能的新见解可以将这些材料定位为取代传统的硅太阳能电池。宾夕法尼亚州立大学的研究人员进行的一项研究揭示了这些廉价且快速生产的卤化钙钛矿的独特性质,这些信息将指导下一代太阳能电池的发展。该研究发表在Chem上。

寻找更容易加工成太阳能电池的新型光伏材料

“自从今天可以在屋顶和路边发现硅太阳能电池以来,研究人员一直在寻找更容易加工成太阳能电池的新型光伏材料,”宾夕法尼亚州立大学化学副教授John Asbury说。该研究的作者。“这是因为硅太阳能电池的建设很复杂,很难扩大到他们所需的水平,甚至可以产生10%的总电力需求。”

由于这些复杂性,研究人员一直在寻找更便宜的硅太阳能电池替代品,可以更快地加工。他们对可以使用称为卷对卷制造技术加工的材料特别感兴趣,这种技术类似于用于印刷报纸的技术,可以实现低成本,大批量生产。这些材料必须从溶液中加工,就像印在页面上的油墨一样。

“经过40年对这类材料的深入研究,除了一种令人兴奋的被称为卤化物钙钛矿的材料外,没有任何东西可以接近硅,”阿斯伯里说。“卤化物钙钛矿似乎对其结构中的缺陷具有独特的耐受性,当其他具有类似缺陷的材料不能时,它们能够有效地将太阳光转化为电能。”

然而,在这项研究之前,卤素钙钛矿如此容忍缺陷的原因尚不清楚。研究人员使用超快红外成像技术研究这些材料的结构和成分如何影响其将太阳光转化为电能的能力。

研究人员确定,即使晶体中的原子经历异常大规模的振动,卤素钙钛矿也具有保持晶体结构的独特能力。所有材料都经历其原子的振动运动,这通常通过使材料的晶体非常坚硬(如硅)来抑制,从而使它们的原子牢固地固定在原位。但是,根据目前的研究,卤素钙钛矿非常柔软,这使得它们的原子可以四处移动并有助于提高效率。

“有趣的是,这种大规模的原子运动通常会导致其他材料中晶体结构的损失,从而产生消耗激发态能量的缺陷,”Asbury说。“但是对于卤化钙钛矿,研究人员可以化学替代材料中带电荷的原子来调整这种原子尺度运动的振幅。这将使我们能够改善卤化钙钛矿材料的性能和稳定性。

“目前,卤化物钙钛矿通常含有铅等有毒元素,并且还不像它们需要更换硅太阳能电池一样稳定,”Asbury说。“这项研究的见解将使我们能够创建使用卷对卷加工设计新的卤化钙钛矿的规则。这将指导下一代钙钛矿材料的开发,这些材料更稳定,含有较少的有毒元素,如锡而不是铅。“

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