据报道,得益于伦敦帝国理工学院(Imperial College London)制造的材料,更便宜、更容易制造的新型太阳能电池设备可能很快就会进入市场。

众所周知,传统的太阳能电池是由硅制成的,硅具有高效率和稳定性,但生产成本非常高,而且只能在刚性的面板上制造。

钙钛矿太阳能电池提供了一个令人感兴趣的替代方案。它们可以从油墨中打印出来,使其具有成本低、薄、重量轻且灵活等优势。然而,它们在转换效率方面落后于硅太阳能电池,更关键的是稳定性,在正常环境下也会出现故障。

据悉,一种被称为二茂铁的新型含金属材料或许能够帮助解决这些问题。香港城市大学(CityU)的研究人员将伦敦帝国理工学院制造的二茂铁添加到钙钛矿太阳能电池中,极大地提高了它们的效率和稳定性。这项研究结果已于近期发表在了《科学》杂志上。

钙钛矿光伏电池出线有望?新材料使其效率达到25%媲美硅料

该论文合著者之一、来自帝国理工化学系的Nicholas Long教授说,“硅电池效率高,但价格昂贵,我们迫切需要新的太阳能设备来加速向可再生能源的过渡。稳定而高效的钙钛矿电池最终可以让太阳能应用到更多的领域,从为发展中国家供电到为新一代可穿戴设备充电。”

“我们与香港同事的合作是非常偶然的,在我做了一个关于新的二茂铁化合物的演讲后,遇到了城大的朱宗龙博士,他让我送一些样品过去。在几个月内,城大的团队告诉我们结果是令人兴奋的,并要求我们发送更多的样品,开始了一项研究计划,其结果是更有效和更稳定的钙钛矿装置。”

研究人员解释称,钙钛矿形成了太阳能电池设备的“光收集”层。然而,与硅基太阳能电池相比,这些设备在将太阳能转化为电能方面的效率较低,主要是因为电子的“流动性”较差,它们不太能够从收集层移动到电能转换层。

二茂铁化合物的中心是铁,周围是碳环。1952年,帝国理工学院的诺贝尔奖得主Geoffrey Wilkinson教授首次发现了二茂铁的独特结构,直到今天,世界各地仍在对二茂铁的独特性质进行研究。

据了解,它们的结构赋予它们的一个特性是出色的电子丰度,在这种情况下,电子可以更容易地从钙钛矿层移动到后续层,提高将太阳能转换为电能的效率。由城大团队及商业实验室进行的测试显示,钙钛矿器件在加入二茂铁层后,效率可达25%,接近传统硅电池的效率。

钙钛矿光伏电池出线有望?新材料使其效率达到25%媲美硅料

但这并不是二茂铁基材料解决的唯一问题。帝国理工学院的团队一直在实验将不同的化学基团附着在二茂铁的碳环上,在向香港团队发送了由博士生Stephanie Sheppard制作的几个版本后,合作者发现了一个版本,该版本大大改善了钙钛矿层与设备其他部分的附着力。

不过,这也并非二茂铁基材料解决的唯一问题。帝国理工学院的团队一直在实验将不同的化学基团附着在二茂铁的碳环上,在向香港团队发送了由博士生Stephanie Sheppard制作的几个版本后,合作者发现了一个版本,该版本大大改善了钙钛矿层与设备其他部分的附着力。

这种增加的附着力提高了设备的稳定性,这意味着它们在以最大功率连续工作1500小时后,仍能保持其初始效率的98%以上。由于添加了二茂铁层而获得的效率和稳定性使这些钙钛矿装置接近于目前传统硅电池的国际标准。

该团队已经为他们的设计申请了专利,并希望获得许可,最终将他们的钙钛矿设备推向市场。与此同时,他们正在试验不同的二茂铁设计,以进一步提高器件的性能和稳定性。
资料来源:科创板日报
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钙钛矿光伏电池出线有望?新材料使其效率达到25%媲美硅料

原文始发于微信公众号(光伏产业通):钙钛矿光伏电池出线有望?新材料使其效率达到25%媲美硅料

作者 duan, yu