與傳統(tǒng)的硅太陽(yáng)能電池相比，下一代太陽(yáng)能材料的生產(chǎn)成本更低，也更可持續(xù)，但要使這種設(shè)備耐用到足以承受現(xiàn)實(shí)環(huán)境的考驗(yàn)，還存在一些障礙。

不過(guò)近期，一個(gè)國(guó)際科學(xué)家團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)可以簡(jiǎn)化高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的開(kāi)發(fā)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池因其獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)而得名，該結(jié)構(gòu)擅長(zhǎng)吸收可見(jiàn)光。

在最近一期的《自然能源》雜志上，包括美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)教授Nelson Dzade在內(nèi)的研究人員們報(bào)告了他們制造更耐用鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的新方法，這種電池將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能的效率仍然高達(dá)21.59%。

據(jù)了解，鈣鈦礦是一種很有前途的太陽(yáng)能技術(shù)，因?yàn)檫@種電池可以在室溫下制造，比傳統(tǒng)的硅材料使用更少的能量，使它們更便宜，更可持續(xù)地生產(chǎn)。

但科學(xué)家們說(shuō)，用于制造這些設(shè)備的主要候選材料是有機(jī)-無(wú)機(jī)金屬鹵化物，它含有易受濕氣、氧氣和熱量影響的有機(jī)成分，暴露在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中會(huì)導(dǎo)致性能迅速下降。

一種解決方案是轉(zhuǎn)而使用全無(wú)機(jī)鈣鈦礦材料，如碘化銫鉛，這種材料具有良好的電性能和對(duì)環(huán)境因素的優(yōu)越耐受性。然而，這種材料是多晶的，這意味著它具有不同晶體結(jié)構(gòu)的多相。科學(xué)家們說(shuō)，其中兩種光活性相對(duì)太陽(yáng)能電池是有益的，但它們?cè)谑覝叵潞苋菀邹D(zhuǎn)化為不受歡迎的非光活性相，這會(huì)引入缺陷并降低太陽(yáng)能電池的效率。

在新研究中，科學(xué)家們將銫碘化鉛的兩種光活性多晶相結(jié)合，形成相異質(zhì)結(jié)——這可以抑制向不希望的相的轉(zhuǎn)變。異質(zhì)結(jié)是通過(guò)堆疊不同的半導(dǎo)體材料形成的，就像太陽(yáng)能電池中的層一樣，具有不同的光電特性。太陽(yáng)能裝置中的這些連接點(diǎn)可以定制，以幫助從太陽(yáng)吸收更多的能量，并更有效地將其轉(zhuǎn)化為電能。

具體而言，科學(xué)家們開(kāi)發(fā)了獨(dú)特的雙沉積方法來(lái)制造該設(shè)備——用熱空氣技術(shù)沉積一相，用三源熱蒸發(fā)沉積另一相。研究人員解釋稱(chēng)，在沉積過(guò)程中加入少量分子和有機(jī)添加劑，進(jìn)一步改善了該裝置的電性能、效率和穩(wěn)定性。

研究人員們說(shuō)，“這項(xiàng)工作的美妙之處在于，它表明利用同一材料的兩種多晶型來(lái)制造相異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池是可行的。它提高了材料的穩(wěn)定性，并防止了兩相之間的相互轉(zhuǎn)化。在兩相之間形成的相干界面允許電子輕松地流過(guò)器件，從而提高了功率轉(zhuǎn)換效率。這就是我們?cè)谶@項(xiàng)工作中所展示的。”

研究人員制造了一種裝置，實(shí)現(xiàn)了21.59%的功率轉(zhuǎn)換效率，是同類(lèi)方法中最高的，并且具有出色的穩(wěn)定性。該裝置在環(huán)境條件下運(yùn)作200小時(shí)后，仍能保持90%以上的初始效率。

研究人員表示，雙重沉積技術(shù)可以為開(kāi)發(fā)基于所有無(wú)機(jī)鈣鈦礦或其他鹵化物鈣鈦礦成分的太陽(yáng)能電池鋪平道路。除了將該技術(shù)擴(kuò)展到不同的組成，未來(lái)的工作將包括使當(dāng)前的相異質(zhì)結(jié)電池在現(xiàn)實(shí)條件下更耐用，并將其縮放到傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池板的大小。

“通過(guò)這種方法，我們相信在不久的將來(lái)，這種材料的效率應(yīng)該有可能超過(guò)25%，”他們說(shuō)，“一旦我們做到了這一點(diǎn)，商業(yè)化就非常接近了?！?/span>

（文章來(lái)源：財(cái)聯(lián)社）