科学家们提高了低成本 大面积太阳能电池组件的稳定性

冲绳科学技术研究生院(OIST)的科学家已经解决了一种有前途的太阳能技术(即钙钛矿太阳能电池或PSC)的根本弱点。他们的创新似乎一举提高了设备​​的稳定性和可扩展性，可能是将PSC推向市场的关键。

与老式硅电池相比，第三代太阳能电池有效地将太阳光转换成可用电力并且制造成本更低。特别是PSC由于其低成本和高效率而获得了科学和工业的关注。虽然它们在实验室测试中表现良好，但这些设备仍然具有低稳定性，并且在它们经久耐用之前不能进行商业生产。

“我们需要能够持续至少5到10年的太阳能模块。目前，PSC的寿命要短得多，”该论文的第一作者，OIST能源材料和表面博士后学者邱龙斌博士说。科学部，由Yabing Qi教授领导。

这项研究于2018年12月13日在线发表在Advanced Functional Materials上，支持以前的证据，即PSC中常用的材料称为二氧化钛，会降低设备质量并限制其寿命。研究人员用二氧化锡代替了这种材料，这是一种没有这些降解特性的更强导体。他们优化了应用二氧化锡的方法，以生产稳定，高效和可扩展的PSC。

在实验中，研究人员发现，基于二氧化锡的设备的使用寿命比使用二氧化钛的PSC设备长三倍以上。“二氧化锡可以为用户提供他们所需的设备性能，”邱说。

一种改进的设计

PSC由分层材料组成，每种材料都具有特定功能。由钙钛矿材料制成的“活性层”以称为光子的粒子的形式吸收入射的太阳光。当光子撞击太阳能电池时，它会在有源层中产生带负电的电子和带正电的空穴。科学家通过将活性层夹在两个“传输材料”之间来控制这些电子和空穴的流动，从而形成内置电场。

为了帮助电子向正确的方向发射，许多PSC包括“电子传输层”。大多数PSC使用二氧化钛作为它们的电子传输层，但是当暴露在阳光下时，材料会与钙钛矿反应并最终降解器件。二氧化钛是二氧化钛的可行替代品，但在此研究之前，它尚未成功地整合到大型设备中。

利用业内称为溅射沉积的常用技术，研究人员学会了如何用二氧化锡制作有效的电子传输层。溅射沉积通过用带电粒子轰击目标材料(此处为二氧化锡)使其向上喷射到等待表面上而起作用。通过精确控制溅射功率和沉积速度，研究人员在大面积上制作了厚度均匀的光滑层。

他们的新太阳能电池效率超过20%。为了证明这种新方法的可扩展性，研究人员随后制造了5×5厘米的太阳能电池组件，其指定面积为22.8平方厘米，发现所得器件的效率超过12%。该研究得到了OIST技术开发和创新中心的概念验证计划的支持，是朝着满足当前PSC效率行业标准迈出的关键一步。

进入市场

研究人员计划继续优化其PSC设计，目标是生产效率更高的大型太阳能模块。该研究单位使用灵活，透明的太阳能装置进行实验，旨在将其优化的PSC设计应用于太阳能窗户，窗帘，背包和可展开的充电装置。

“我们希望将这些设备扩展到一个大尺寸，虽然它们的效率已经合理，但我们希望进一步推动它，”齐教授说。“我们乐观地认为，在未来几年内，这项技术将可用于商业化。”