沖繩科技大學研究生院(OIST)的研究人員通過使用減少缺陷的新制造技術(shù)，創(chuàng)造了具有更高穩(wěn)定性和效率的鈣鈦礦太陽能電池組件。他們的發(fā)現(xiàn)發(fā)表于1月25日的“先進能源材料”雜志上。鈣鈦礦是下一代太陽能技術(shù)最有前途的材料之一，在短短十年間，其效率從3.8%飆升至25.5%。鈣鈦礦太陽能電池的生產(chǎn)成本低廉，并且具有柔性的潛力，從而增加了其多功能性。但是，仍然有兩個障礙阻礙著商業(yè)化：它們?nèi)狈﹂L期的穩(wěn)定性和規(guī)模升級的困難。

OIST能源材料與表面科學系的博士后研究員郭國慶博士說：“鈣鈦礦材料易碎且易于分解，這意味著太陽能電池難以長期保持高效率。”亞冰淇。“盡管小型鈣鈦礦太陽能電池具有很高的效率，并且其性能幾乎與硅鈣鈦礦一樣好，但是一旦規(guī)模擴大到更大的太陽能電池組件，效率就會下降。”

在功能性太陽能裝置中，鈣鈦礦層位于中心，夾在兩個傳輸層和兩個電極之間。當活性鈣鈦礦層吸收陽光時，它會生成電荷載流子，然后通過傳輸層流到電極并產(chǎn)生電流。

通過添加氯化銨，所得的鈣鈦礦膜具有較少的晶粒，尺寸大得多，減少了晶界的數(shù)量。信用：OIST

然而，鈣鈦礦層中的針孔和單個鈣鈦礦顆粒之間的邊界處的缺陷會破壞電荷載流子從鈣鈦礦層到傳輸層的流動，從而降低了效率。濕度和氧氣也會開始在這些缺陷部位降解鈣鈦礦層，從而縮短設(shè)備的使用壽命。

Tong博士解釋說：“擴大規(guī)模具有挑戰(zhàn)性，因為隨著組件尺寸的增加，很難形成均勻的鈣鈦礦層，而且這些缺陷變得更加明顯。” “我們想找到一種制造大型模塊的方法來解決這些問題。”

目前，大多數(shù)生產(chǎn)的太陽能電池都具有鈣鈦礦薄層-厚度僅為500納米。從理論上講，鈣鈦礦薄層可以提高效率，因為電荷載流子的行進距離較小，可以到達上方和下方的傳輸層。但是，當制造更大的模塊時，研究人員發(fā)現(xiàn)薄膜通常會出現(xiàn)更多的缺陷和針孔。

因此，研究人員選擇制造5 x 5 cm 2和10 x 10 cm 2的太陽能電池組件，其中包含鈣鈦礦薄膜的厚度是其兩倍。

然而，制作更厚的鈣鈦礦薄膜面臨著一系列挑戰(zhàn)。鈣鈦礦是一類材料，通常是通過將許多化合物作為溶液反應(yīng)，然后使其結(jié)晶而形成的。

但是，科學家們一直在努力溶解足夠厚的膜所需的足夠高濃度的鉛碘(一種用于形成鈣鈦礦的前體材料)。他們還發(fā)現(xiàn)結(jié)晶步驟是快速且不可控制的，因此厚膜包含許多小晶粒，且具有更多的晶界。

因此，研究人員添加了氯化銨以增加鉛碘的溶解度。這也使碘化鉛更均勻地溶解在有機溶劑中，從而形成了更均勻的鈣鈦礦薄膜，其晶粒更大，缺陷更少。隨后從鈣鈦礦溶液中除去氨，從而降低了鈣鈦礦膜內(nèi)的雜質(zhì)含量。

總體而言，尺寸為5 x 5 cm 2的太陽能電池組件的效率為14.55%，高于未使用氯化銨的組件的13.06%，并且能夠在兩個月內(nèi)工作1600小時(超過此效率的80%) 。

研究人員創(chuàng)建了5x5 cm2和10x10 cm2的太陽能模塊，比傳統(tǒng)上在實驗室中制造的1.5 x 1.5 cm2大得多，但比商用太陽能電池板小。信用：OIST

較大的10 x 10 cm 2組件的效率為10.25%，并在1100個小時以上(約46天)內(nèi)保持高效率。

Tong博士說：“這是首次報道這種尺寸的鈣鈦礦型太陽能組件的壽命測量，這確實令人興奮。”

這項工作得到了OIST技術(shù)開發(fā)和創(chuàng)新中心的概念驗證計劃的支持。這些結(jié)果是朝著尋求生產(chǎn)具有效率和穩(wěn)定性以匹配其硅對應(yīng)物的商業(yè)規(guī)模太陽能模塊邁出的有希望的一步。

在研究的下一階段，該團隊計劃通過使用基于蒸汽的方法(而不是使用溶液法)制造鈣鈦礦型太陽能電池組件來進一步優(yōu)化其技術(shù)，現(xiàn)在正嘗試擴大到15 x 15 cm 2的組件尺寸。

“從實驗室大小的太陽能電池到5 x 5 cm 2的太陽能電池組件很難。要跳到10 x 10 cm 2的太陽能電池組件更難。而要達到15 x 15 cm 2的 太陽能電池組件，則仍然很難，童博士說。“但是團隊期待挑戰(zhàn)。”

　　免責聲明：本文由用戶上傳，與本網(wǎng)站立場無關(guān)。財經(jīng)信息僅供讀者參考，并不構(gòu)成投資建議。投資者據(jù)此操作，風險自擔。 如有侵權(quán)請聯(lián)系刪除！