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科学家发现新方法或将钙钛矿太阳能电池技术的研发推向新阶段

   日期:2020-10-21     来源:cnBeta    浏览:4918    评论:0    
当涉及到下一代太阳能电池时,钙钛矿已成为一种令人兴奋的材料,但它们并非没有问题。虽然它们在效率上可能有很大的飞跃,但事实证明,保持电池的所有元素稳定和工作秩序是一项具有挑战性的任务。澳大利亚的科学家们偶然发现了解决其中一个关键原因的方法,他们发现可以利用高强度光来避免通常困扰电池性能的变形。

钙钛矿太阳能电池之所以被视为如此有前景,是因为它们在转换效率方面很快就能与传统太阳能电池相媲美。经过10年左右的发展,这些电池的效率已经超过20%,在同时采用硅和钙钛矿的串联设计中,效率甚至高达27.7%。

这项新研究的重点是一种利用被称为混合卤化物钙钛矿的一类材料制成的钙钛矿太阳能电池,与之前的设计相比,这种材料具有更好的耐湿性和高温性等,被誉为光伏领域的 "范式转变"。但混合卤化物钙钛矿也并非没有稳定性问题,经常会遇到所谓的光诱导相分离。

当光线(包括阳光)照射到电池上,并破坏其精巧排列的元素时,就会发生相分离。这反过来又会影响电池吸收光线的能力,从而影响其性能。考虑到混合卤化物钙钛矿的潜力,人们在了解这种由光引起的相分离的原因以及潜在的解决方案方面做了很多努力。而恰好,这个新突破背后的团队可能意外地找到了一个。

“这是那些不寻常的发现之一,你有时会听到科学中的发现,”来自墨尔本大学的研究作者Chris Hall说。“我们当时正在进行测量,寻找其他的东西,然后我们遇到了这个过程,当时看起来很奇怪。然而,我们很快意识到这是一个重要的观察结果。”

该团队发现,通过将混合卤化物钙钛矿电池置于一定剂量的高强度光下,它们可以中和通常会对其底层离子晶格结构产生的应变。这些应变没有引发关键元素的分离,高强度的光反而使它们融合在一起,完全避免了致命的变形。

“在正常的晴天,强度太低,这些变形还是局部的,”来自悉尼大学的合著者Stefano Bernardi博士解释道。“但如果你找到一种方法将激励增加到某个阈值以上,例如使用太阳能聚光器,那么分离现象就会消失。”

究竟如何将这种功能融入到钙钛矿太阳能电池中还有待观察,但研究人员将这些发现描述为意义重大,并认为现在艰苦的工作已经过去了。Hall说:“我们已经完成了基础工作,下一步就是将其投入到设备中。”

该研究发表在《自然-材料》杂志上。 
 

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