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科學家研發布混合鈣鈦礦太陽能電池的重要突破

來源:pv-tech 2020-02-25 15:07中投投資咨詢網 A-A+

   北伊利諾伊大學(NIU)和美國能源部(DOE)位于科羅拉多州Golden的國家可再生能源實驗室(NREL)的研究人員2月19日在《Nature》雜志上報道了混合鈣鈦礦太陽能電池開發的重要突破。

  鈣鈦礦太陽能電池被認為是太陽能領域的后起之秀,與傳統的硅基太陽能電池相比,它們可能更便宜,生產更簡單,并且至少在實驗室較小尺寸的情況下,它們已顯示出較高的效率水平。但是,由于仍然存在一些待解決的問題使其無法成為具有競爭性的商業技術。

  一個主要問題是鉛的使用。大多數性能較高的混合鈣鈦礦太陽能電池均包含水溶性鉛,引發了人們對受損電池潛在泄漏危險的擔憂。

  在北伊利諾伊大學的TaoXu和NREL的KaiZhu的帶領下,科學家們開發了一種技術,該技術可通過在太陽能電池的正面和背面應用鉛吸收膜來隔離制造鈣鈦礦型太陽能電池所用的鉛,并將潛在的毒性泄漏降至最低。

  鉛的毒性問題一直是鈣鈦礦太陽能電池領域中最困擾研究人員的問題,如果針對這一問題有好的解決辦法,將會在行業內產生巨大影響。NIU化學教授Xu說:“如果電池受損,我們的產品會捕獲大部分鉛,從而防止其浸入地下水和土壤中。并且我們使用的薄膜不溶于水。”

  科學家們說,在實驗室環境中太陽能電池受到嚴重破壞的情況下,吸鉛膜隔離了96%的鉛泄漏。他們的實驗進一步表明,鉛吸收層不會對電池性能或長期運行穩定性產生負面影響。

  鈣鈦礦太陽能電池之所以得名,是因為它們使用的晶體結構類似于在鈣鈦礦中發現的晶體結構。這些太陽能電池中的鈣鈦礦結構化合物最常見的是基于有機-無機鹵化鉛的混合材料。

  科學家們大約在十年前才就已開始研究這些用于太陽能電池的晶體結構,并迅速提高了它們的太陽能轉換效率。傳統的硅太陽能電池是在高溫下通過精密工藝生產的,而鈣鈦礦則可以使用室溫化學溶液來生產。

  Xu教授說,新開發的“表面復合方法”可以很容易地與目前的鈣鈦礦太陽能電池結合使用。

  將透明的鉛吸收膜復合到太陽能電池正面的導電玻璃上。隔離膜包含強的結合鉛的膦酸基團,但不妨礙細胞捕獲光。在背面金屬電極上使用了一種較便宜的與鉛螯合劑混合的聚合物薄膜,不需要透明性。

  Xu教授說:“這些材料都是現成的,不過從未被用在電池上。光必須進入電池,才能被鈣鈦礦層吸收,而正面膜實際上起到了減反射劑的作用,從而稍微提高了透明度。”

  鉛泄漏測試包括錘擊和粉碎2.5-x-2.5cm電池的前玻璃,并用剃須刀刮擦太陽能電池的背面,然后將其浸入水中。由于水的進入,這些膜可以吸收嚴重受損電池中的絕大多數鉛。

  NREL的資深科學家Zhu說:“值得注意的是,這種鉛封存方法還適用于其他基于鈣鈦礦的技術,例如固態照明,顯示器和傳感器應用。”

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