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探尋更穩定的太陽能電池 光伏技術或將迎來新發展
2024年06月14日 10:57:37
來源：化工儀器網 作者：小王 點擊量：6710
在光伏領域，鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)因其高效率、低成本和制備簡單的特點而備受矚目，被稱作新概念太陽能電池。然而，長期以來，其穩定性問題一直是制約其進一步實現商業化普及的障礙。而近日，美國萊斯大學的研究團隊似乎尋找到了新的突破口。根據《科學》雜志上發表的一項重要研究成果，研究團隊成功將甲脒碘基鈣鈦礦(FAPbI3)合成為超穩定、高品質的光伏薄膜。這有望為太陽能電池的穩定性問題提供新的解決方案。
【化工儀器網 行業百態】在光伏領域，鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)因其高效率、低成本和制備簡單的特點而備受矚目，被稱作新概念太陽能電池。然而，長期以來，其穩定性問題一直是制約其進一步實現商業化普及的障礙。而近日，美國萊斯大學的研究團隊似乎尋找到了新的突破口。根據《科學》雜志上發表的一項重要研究成果，研究團隊成功將甲脒碘基鈣鈦礦(FAPbI3)合成為超穩定、高品質的光伏薄膜。這有望為太陽能電池的穩定性問題提供新的解決方案。
據了解，鈣鈦礦太陽能電池的不穩定性主要源于其材料的吸濕性、熱不穩定性以及離子遷移等內在因素。
一方面，鈣鈦礦材料對濕度較為敏感。在一定的濕度條件下，周圍環境中的水分有利于鈣鈦礦薄膜的生長結晶，減少薄膜中存在的缺陷，提高薄膜的結晶質量和載流子壽命。然而，如果鈣鈦礦薄膜暴露在高濕環境下，水分和氧氣會促進鈣鈦礦薄膜的分解，從而影響其穩定性。
另一方面，鈣鈦礦薄膜在高溫條件下，容易分解，改變其原有的表面形貌，在紫外光的作用下又容易產生光生空穴，催化分解鈣鈦礦層，從而影響穩定性。而它的工作環境又恰恰是表面溫度能夠輕易達到60攝氏度以上的強紫外光照環境。
兩方面原因共同作用下，便會導致實際工作中鈣鈦礦太陽能電池的整體效率持續大幅度下降。萊斯大學的研究團隊的成果恰恰就是解決這兩方面問題。
研究團隊通過在前驅體溶液中添加二維(2D)鈣鈦礦，讓這些鈣鈦礦可作為模板，引導塊狀或3D鈣鈦礦的生長，為晶格結構提供額外的壓縮力和穩定性。同時，二維鈣鈦礦在化學和結構上都比FAPbI3更穩定，因此能夠有效防止電池的效率下降。
事實上，實際實驗結果也是如此。在85℃的溫度下，經過1000多個小時運行，FAPbI3太陽能電池的整體效率下降幅度不到3%。2D鈣鈦礦模板不僅提高了FAPbI3太陽能電池的效率，還提高了電池的耐用性。此外，該研究成果還具有降低制造成本、簡化結構、減輕太陽能電池板重量和增加靈活性的潛力。這對于光收集或光伏技術的變革性影響不言而喻。
而從能源產業的長期發展來看，萊斯大學的這項研究無疑為鈣鈦礦太陽能電池商業化進程注入了新的活力，這對于可再生能源需求不斷增長的今天是有建設性意義的。我們有理由期待，在不久的將來，鈣鈦礦太陽能電池將成為推動全球可再生能源發展的重要力量。
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