钙钛矿组合可与硅太阳能电池效率媲美

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混合光伏电池声称的效率为21.7%,已经优于目前使用的标准多晶硅太阳能电池的10%至20%
混合光伏电池声称的效率为21.7%,已经优于目前使用的标准多晶硅太阳能电池的10%至20%

加州大学伯克利分校(UC Berkeley)和劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)的科学家已经用多层不同的钙钛矿材料制成了一种混合光伏电池,声称其峰值效率为26%。据说该电池可以轻松地喷涂到柔性表面上,从而制成可弯曲的高效太阳能电池板。

钙钛矿杂化有机-无机团聚体被用于太阳能电池,通过将入射的光子能量转换为电流,以类似于普通硅基太阳能电池的方式捕获光。与刚性硅半导体材料需要大量昂贵的加工和处理才能将其转变成太阳能电池不同,钙钛矿光伏器件据说更加便宜且易于制造,而且具有更大的灵活性。

新型UC berkeley / LBNL装置也非常高效,这是由于两种钙钛矿的三明治结构,它们由单原子厚的六方氮化硼(有时称为“ 白色石墨烯 ”)单层隔开,每个钙钛矿片均设计为分级带隙层(简单地说,是低电阻和高增益),能够吸收不同波长的光。这种组合有效地创建了一个光伏电池,能够收集和转换大部分光谱中的能量。

加州大学伯克利分校物理学教授亚历克斯·泽特尔(Alex Zettl)表示:“这是在相对易于控制和易于操纵的系统中实现渐变带隙太阳能电池。” “这样做的好处是,它结合了两个非常有价值的功能-梯度带隙(一种已知方法)和钙钛矿(一种相对较新但已知的材料,效率出乎意料的高效率),从而兼具了两者的优点。”

详细地说,钙钛矿材料是由甲基和氨有机分子制成的,其中一种含有锡和碘,被设计成吸收1电子伏特(eV)范围内的红外光,另一种含有掺杂有溴和铅的碘和碘,能量为2 eV的琥珀色光子。然后,氮化硼的单原子层提供一个中间结,以串联运行并从整个光带产生电。

然后通过将整个分层组合物置于轻质石墨烯气凝胶上以机械稳定,以增强细粒钙钛矿晶体的形成,并充当防潮层,以阻止水溶性钙钛矿碎成碎片。最后,整个集团有一个金电极附着在底面,以及氮化镓层添加到最上部,聚集了电池暴露于光时产生的电子。所有这一切都具有仅400纳米厚的有源层。

泽特尔说:“我们的建筑有点像建造高质量的汽车道路。” “石墨烯气凝胶的作用就像坚硬,破碎的岩石底层或地基,两层钙钛矿层就像沉积在其上的较细的砾石和沙层,而六方氮化硼层的作用就像砾石和水之间的薄层膜。防止沙子扩散到细砂砾中或与之混合过多的材料。氮化镓层用作顶层沥青层。”

新型广谱混合钙钛矿电池的标准运行效率约为21.7%,已经优于目前在许多商业设备和家用太阳能系统中使用的标准多晶硅太阳能电池的10%至20%的效率。即使是今天制造的最好的硅太阳能电池,也有幸获得超过25%的效率,而且制造起来复杂且昂贵。

泽特尔说:“我们已经为钙钛矿太阳能电池的各种参数(包括效率)创造了记录。” “考虑到我们正处于优化的起点,其效率要比其他钙钛矿电池更高(21.7%)。这是一个了不起的数字。”

加州大学伯克利分校物理学研究生Onur Ergen补充说:“我们的理论效率计算应该比单带隙太阳能电池高得多,更容易实现,因为我们可以最大限度地覆盖太阳光谱。”

有可能再添加一层六方氮化硼分隔的钙钛矿以帮助进一步提高效率,但是研究人员认为,这种薄的新材料可能足够有效,并且肯定足以产生可接受的商业化效率。

泽特尔说:“人们已经想到了易于制造的,卷对卷的光电技术,可以将塑料从卷上拉下来,喷在太阳能材料上,然后再卷起来。” “有了这种新材料,我们就处于卷对卷批量生产的状态;这几乎就像喷漆一样。”


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