太阳能电池技术已经有新进展

由于常规能源的高环境成本和有限的化石燃料供应,近年来,可再生能源的重要性变得越来越明显。然而,有效利用太阳能供人类使用一直是一项艰巨的任务。

尽管硅基太阳能电池可用于捕获阳光能量,但以工业规模生产它们的成本很高。冲绳科技大学研究生院(OIST)的能源材料和表面科学部门的研究由齐亚炳教授领导。

致力于将有机金属卤化物钙钛矿薄膜用于太阳能电池,这些钙钛矿薄膜是高度结晶的材料,可以通过大量不同的化学组合形成,并且可以低成本沉积。齐教授的最新著作

为了用作太阳能电池,钙钛矿薄膜必须能够以高成本效益,高效地收集太阳能,相对容易制造并且能够长时间承受室外环境。

Qi教授实验室中的Yan Yan博士最近在Materials Horizo​​ns中发表了研究,该研究可能有助于提高有机金属卤化物钙钛矿MAPbI 3的太阳能效率。

他发现在后退火过程中使用甲胺溶液可减少与晶界有关的问题。晶界表现为晶畴之间的间隙,并可能导致有害的电荷重组。

这是钙钛矿薄膜中的常见现象,会降低其效率,从而改善晶界问题对于维持高性能器件至关重要。江博士的新型后退火处理工艺生产出的太阳能电池具有晶界融合,减少了电荷复合的特性。

并具有出色的18.4%转换效率。他处理过的钙钛矿薄膜还表现出出色的稳定性和可重复性,使其方法可用于太阳能电池的工业生产。

与太阳能电池中的硅相比,钙钛矿的最大缺点之一是它们的寿命相对较短。为了制造可长时间承受室外环境的太阳能电池,确定钙钛矿分解的主要产物至关重要。

先前对MAPbI 3钙钛矿薄膜的研究得出的结论是,该材料热降解的气体产物为甲胺(CH 3 NH 2)和碘化氢(HI)。

然而,从埃米利奥·华雷斯·佩雷斯博士令人兴奋的新的研究,也是在齐教授的实验室,发表在能源与环境科学,显示,退化的主要气体产品为碘甲烷(CH 3 I)和氨(NH3)代替。

Juarez-Perez博士结合使用了热重差热分析(​​TG-DTA)和质谱(MS)来正确确定这些产品的质量损失和化学性质。

由于现在已经正确识别了分解产物,因此研究人员可以寻找防止材料降解的方法,从而在将来使用更稳定的材料。

学术研究中普遍存在的问题通常是无法扩大用于工业的实验。虽然钙钛矿薄膜可以在实验室中相对容易地在小规模上制造,但是它们可能难以大规模复制以大规模生产所需。

Matthew Leyden博士在《材料化学杂志》 A上进行的新研究有可能使钙钛矿的工业化生产变得更加容易。

他的工作使用化学气相沉积(一种在行业中普遍使用的经济高效的方法)来制造大型太阳能电池和FAPbI 3组件钙钛矿。

这是通过工业上广泛采用的方法制造的钙钛矿太阳能电池和组件的首批演示之一,这使得钙钛矿薄膜的批量生产更加可行。

所生产的太阳能电池和组件比学术界通常研究的太阳能电池和组件大得多,例如12 cm 2,通常<0.3cm 2。这些太阳能电池组件显示出增强的热稳定性和相对较高的效率。

这令人印象深刻,因为许多钙钛矿太阳能电池随着规模的扩大而大大地降低了效率,这使得这种类型的研究可用于商业目的。

齐教授研究部门的研究通过提供效率,寿命和可扩展性问题的解决方案,使钙钛矿太阳能电池更接近批量生产。通过即将进行的更多激动人心的研究,该部门将利用具有成本效益的可再生能源的梦想变为现实。

文章来源:冲绳科技大学大学院-OIST

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