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新的鈣钛礦材料顯示出作為矽的替代品的早期前景

能源 2019-08-09 09:59:05

矽在太陽能産品中占據主導地位 - 它在将太陽光轉化為電能方面穩定,廉價且高效。任何采用矽片的新材料都必須以這些理由參與競争并獲勝。由于國際研究合作,上海交通大學,洛桑聯邦理工學院(EPFL)和沖繩科學技術研究生院(OIST)發現了一種穩定的材料,可以有效地發電 - 這可能會挑戰矽霸權。

在科學雜志上,合作團隊展示了材料CsPbI 3如何在一種能夠達到高轉換效率的新配置中穩定下來。CsPbI 3是一種無機鈣钛礦,由于其高效率和低成本,一組材料在太陽能世界中越來越受歡迎。這種配置值得注意,因為穩定這些材料在曆史上一直是一個挑戰。

“我們很高興結果表明CsPbI 3可以與行業領先的材料競争,” OIST 能源材料和表面科學部門負責人Yabing Qi教授說,他領導了該研究的表面科學方面。

“從這個初步結果來看,我們現在将努力提高材料的穩定性和商業前景。”

CsPbI 3通常在其α相中進行研究,這是一種衆所周知的晶體結構,由于其黑色,因此被稱為暗相。這個階段特别适合吸收陽光。不幸的是,它也是不穩定的 - 并且結構迅速降解成黃色形式,不太能夠吸收太陽光。

這項研究反而探索了β相中的晶體,這是一種不太知名的結構排列,比α相更穩定。雖然這種結構更穩定,但它顯示出相對低的功率轉換效率。

這種低效率部分是由于薄膜太陽能電池中經常出現的裂縫造成的。這些裂縫導緻電子流入太陽能電池中的相鄰層 - 電子不能再作為電流流動。該團隊用碘化膽堿溶液處理該材料以修複這些裂縫,該解決方案還優化了太陽能電池中各層之間的界面,稱為能級對準。

“電子自然地流向電子能量較低的材料,因此相鄰層的能量水平與CsPbI 3相似是很重要的,”Qi教授實驗室的合着者Luis K. Ono博士說。“這種層之間的協同作用導緻更少的電子丢失 - 并産生更多的電力。”

由OIST技術開發和創新中心支持的OIST團隊使用紫外光電子能譜來研究CsPbI 3與相鄰層之間的能級對準。這些數據顯示了電子如何能夠自由地穿過不同的層,發電。

結果表明,在用碘化膽堿處理後,相鄰層的電子損失很低 - 因為層之間的能級水平更好。通過修複自然出現的裂縫,這種處理使轉換效率從15%提高到18%。

雖然這種飛躍可能看起來很小,但它将CsPbI 3帶入了認證效率領域,這是競争對手太陽能材料提供的競争價值。盡管這一早期結果很有希望,但無機鈣钛礦仍然滞後。為了使CsPbI 3真正與矽競争,該團隊接下來将研究三位一體的因素,使矽的統治能夠繼續 - 穩定性,成本和效率。

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