據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)1月8日(北京時(shí)間)報(bào)道，美國(guó)諾特丹大學(xué)的科學(xué)家日前發(fā)現(xiàn)一種廉價(jià)的無(wú)機(jī)材料，能夠取代鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中昂貴的有機(jī)空穴導(dǎo)體，讓這種高效的太陽(yáng)能電池更加便宜。相關(guān)論文發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)刊》上。
鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是當(dāng)今最有前途的幾種光伏技術(shù)之一，其理論轉(zhuǎn)化效率最高可達(dá)50%，為目前市場(chǎng)上太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化效率的兩倍，能大幅降低太陽(yáng)能電池的使用成本。雖然鈣鈦礦材料相對(duì)便宜，但用其制造太陽(yáng)能電池還需要用到一種名為spiro-OMeTAD的有機(jī)空穴導(dǎo)電聚合物，其市場(chǎng)價(jià)格是黃金的10倍以上。
新研究中，美國(guó)諾特丹大學(xué)的杰佛瑞·克里斯、雷蒙德·豐和普拉什特·卡瑪特發(fā)現(xiàn)用碘化銅制成的無(wú)機(jī)空穴導(dǎo)電材料可以替代spiro-OMeTAD。
克里斯說(shuō)：“新發(fā)現(xiàn)的無(wú)機(jī)空穴導(dǎo)電材料比以往的可替代材料都便宜得多，有望進(jìn)一步降低這種太陽(yáng)能電池的制造成本。”
鈣鈦礦是一類具有特定晶體結(jié)構(gòu)的材料，對(duì)太陽(yáng)能電池的制造而言，這種結(jié)構(gòu)具有天然優(yōu)勢(shì)：較高的電荷載體遷移率和較好的光線擴(kuò)散性能，使光電轉(zhuǎn)換過(guò)程中的能量損失極低。雖然碘化銅能夠充當(dāng)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中的空穴導(dǎo)體現(xiàn)在才被證明，但銅系導(dǎo)體之前就被認(rèn)為能夠在染料敏化太陽(yáng)能電池和量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池中充當(dāng)重要角色，而最具吸引力的是它們優(yōu)良的導(dǎo)電性能。碘化銅導(dǎo)體的導(dǎo)電率比spiro-OMeTAD高兩個(gè)數(shù)量級(jí)，這使其能達(dá)到更高的填充系數(shù)，也決定了用其制成的太陽(yáng)能電池具有更大的功率。但目前的研究結(jié)果表明，包含碘化銅的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，在轉(zhuǎn)化效率上暫時(shí)不及原有技術(shù)。研究人員認(rèn)為這可能與其較低的電壓相關(guān)。這一點(diǎn)未來(lái)有望通過(guò)降低其較高的重組率來(lái)彌補(bǔ)。
研究人員發(fā)現(xiàn)，碘化銅太陽(yáng)能電池還表現(xiàn)出一個(gè)優(yōu)勢(shì)，就是其良好的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò)兩小時(shí)的連續(xù)光照后，碘化銅太陽(yáng)能電池的電流絲毫沒(méi)有降低，而spiro-OMeTAD太陽(yáng)能電池所產(chǎn)生的電流則下降了10%。這一點(diǎn)對(duì)太陽(yáng)能電池而言至關(guān)重要�？死锼拐f(shuō)，下一步他們將對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行優(yōu)化，以使其實(shí)現(xiàn)更高的轉(zhuǎn)化效率。
總編輯圈點(diǎn)
廉價(jià)與高效，太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)要提高其在能源結(jié)構(gòu)中的比重，就必須同時(shí)滿足這兩個(gè)條件，而答案就是新材料。本研究又是一個(gè)讓業(yè)界興奮的發(fā)現(xiàn)，成本降低意味著商業(yè)化藍(lán)圖的膨脹。但這很可能不是終極方案，畢竟鈣鈦礦太陽(yáng)能電池只用了4年時(shí)間，就將有效轉(zhuǎn)換率從3.8%提升到現(xiàn)有水平，我們還有更多的已知和未知的材料可以試驗(yàn)，也還有更多的想象空間。
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