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讓鈣鈦礦太陽能電池變得“可用” 國內團隊提出新策略
2024年01月15日 11:23:20
來源：化工儀器網 作者：小王 點擊量：6227
對太陽能的廣泛運用并不代表這項技術已經完全成熟，事實上，目前被應用的太陽能電池或多或少的存在局限性。第一代太陽能電池單晶硅電池成本高無法實現(xiàn)平價產電的根本目的，第二代太陽能電池薄膜電池又存在發(fā)電效率低的重要性能缺陷。兼具能效、環(huán)保、低成本的電池成為了該領域一直在尋求突破的方向。
【化工儀器網 行業(yè)百態(tài)】太陽能是目前可再生能源中，人類可以熟練掌握的能源之一，而太陽能電池則是人類運用這種能源的重要媒介。根據(jù)相關數(shù)據(jù)顯示，截至去年8月，全國累計發(fā)電裝機容量約27.6億千瓦，其中太陽能發(fā)電裝機容量約5.1億千瓦，相當于23個三峽電站的總裝機容量。
但對太陽能的廣泛運用并不代表這項技術已經完全成熟，事實上，目前被應用的太陽能電池或多或少的存在局限性。第一代太陽能電池單晶硅電池成本高無法實現(xiàn)平價產電的根本目的，第二代太陽能電池薄膜電池又存在發(fā)電效率低的重要性能缺陷。兼具能效、環(huán)保、低成本的電池成為了該領域一直在尋求突破的方向。
而在這個過程中，金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池被寄予厚望。這是一種利用鈣鈦礦型的有機金屬鹵化物半導體作為吸光材料的太陽能電池，其光電轉換認證效率可以達到26.1%，時毫不遜色與單晶硅電池，同時原材料豐富、無毒，是第三代太陽能電池中具有代表性的一位。但是這種電池有一個比較嚴重的缺陷——穩(wěn)定性。簡單來說，由于電池穩(wěn)定性較差，導致其無法進行長期穩(wěn)定的工作，這與太陽能電池所需要應對的環(huán)境相悖。甚至可以說，解決穩(wěn)定性問題，是讓鈣鈦礦太陽能電池從“新概念”變“可用”的關鍵之一。
而昆明理工大學似乎找到了突破口。據(jù)悉，昆明理工大學材料科學與工程學院教授團隊提出了一種多齒配體增強的螯合策略。團隊采用膦酸酯修飾埋底界面，并減輕了界面殘余拉應力，促進鈣鈦礦結晶，降低影響電池性能的界面能壘。并且該策略能夠適用于不同的鈣鈦礦組分，具有很好的普適性。
根據(jù)相關報道內容顯示，由于顯著減少了非輻射復合和顯著提高的界面接觸，因此膦酸酯修飾的器件實現(xiàn)了24.63%的功率轉換效率，而這一成果也被媒體稱之為“空氣環(huán)境制備器件最高效率之一”。
不過這只是金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池走向實用的一小步，吸收層中含有可溶性重金屬鉛、理論研究還需要進一步完善等現(xiàn)階段的研究難點，都會是阻礙其普及的制約因素。但樂觀來說，從“可用”到“實用”，或許這段路并不需要走太久。
延伸閱讀：關于第三代電池面臨的挑戰(zhàn)
實際上，太陽能電池的發(fā)展根本問題集中在能量效率和產電成本上，第三代光伏電池綜合考慮了多重能量閾值、低成本的制備方法、豐富無毒的原材料等，許多問題也是在新材料的嘗試中發(fā)現(xiàn)的。客觀來說，金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池只是第三代大家族中的一員，而實事求是的分析來看，幾乎每一位入選第三代的光伏電池，都有很大潛力。從長期發(fā)展來看，或許這些用來解決新電池問題的技術本身才是第三代太陽能電池中更有意義的那部分，又或者說把這些新概念電池結合起來利用才是更有可能的未來。但是能夠確定的是，第三代光伏電池的理論概念及其工藝實現(xiàn)方法是當今光伏電池研究領域的熱點，同時也將是給能源帶來轉折點的一個偉大契機。
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