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钙钛矿太阳能电池:生产成本更低 效率更高

2019-04-05 17:02:50来源:

来自立陶宛考纳斯理工大学(KTU)的化学家团队与来自德国柏林Helmholtz Zentrum(HZB)科学研究所的物理学家一起为钙钛矿太阳能电池中的选择性层形成提供了新方法。由KTU化学家合成的分子将自身组装成单层,其可以覆盖各种表面并且可以在钙钛矿太阳能电池中用作空穴传输材料。在该过程中使用更少和更便宜的材料。

基于钙钛矿的太阳能电池正在快速发展到新兴光伏发电的前沿,已经在全球范围内与太阳能电池板中使用的成熟太阳能技术竞争效率。朝向大规模生产这种新一代太阳能电池的重要步骤是开发有效的选择性接触层,其与各种基板上的钙钛矿层的沉积相容。

旋涂和气相沉积是目前用于在钙钛矿太阳能电池中形成层的两种主要方法。旋涂包括将液体溶液滴在纺丝表面上; 在此过程中,大量材料正在丢失。蒸汽沉积需要高温和复杂的真空技术,此外,并非所有分子都适合蒸发。

KTU化学家合成了一种将自身组装成单层的分子,可以均匀地覆盖任何氧化物表面 - 包括串联结构中使用的硅太阳能电池的纹理表面。

“这不是聚合物,但更小的分子,以及由它们所形成的单分子层是非常薄的。正在被通过将表面浸渍到溶液中形成的单层此,并且事实使得该方法比现有的替代品便宜得多。此外,合成我们的化合物的过程比通常用于生产钙钛矿太阳能电池的聚合物短得多,“KTU化学技术学院的博士生ErnestasKasparavičius说。

必须测试合成的材料。德国柏林HZB物理学家团队由Steve Albrecht博士领导,与KTU博士生Artiom Magomedov合作,成功地将这种新材料用作钙钛矿太阳能电池中的空穴传输层。

“在我们在考纳斯的实验室中,我们研究了使用自组织分子形成1-2纳米薄的电极层,均匀地覆盖了整个表面。在柏林实习期间,我能够应用我们的材料并生产出一个KTU化学技术学院的年轻研究员Magomedov说,第一个功能太阳能元件只有单层厚的选择性接触。

Vytautas Getautis教授是该发明研究小组的负责人,也是Magomedov的博士研究主管,他强调年轻科学家的投入:“通常情况下,经验丰富的研究人员正在创造思想,而年轻人正在实施这些思想。在这种情况下,年轻的研究人员都产生了这个想法并在太阳能元件生产中实现了它。“

采用自组装单层技术,不仅实现了极低的材料消耗,而且效率高 - 元件的功率转换效率接近18%,这对于新技术而言尤其高。而且,当自组装单层用作钙钛矿电池中的空穴传输层时,不需要添加剂来改善电池的性能。这可能会显着改善元素的寿命。在最初的成功之后,KTU的科学家们正在合成用于单层形成的新材料。HZB优化材料的首次测试已经使太阳能电池的效率超过21%。