沙特物教育学家研发出转变率为21.9%的钙钛矿电池

尽管钙钛矿的某些结构还远未实现商业化,但该技术在高效太阳能电池方面的广泛潜力已广为人知,世界各地的大学和研究机构正在研究大量不同的结构和工艺,用于充分利用晶体结构。

如今已有愈来愈多科学家关注到单晶钙钛矿的优势, KAUST的科学家亦然,最近便透过逆温长晶(inverse-temperature crystal growth)技术,在两片涂有聚合物涂层的基板中生长出钙钛矿单晶,研发出新型单晶甲基氨基碘化铅(MAPbI3)钙钛矿电池。

在各界研究团队的努力下,钙钛矿太阳能的转换效率已经超越目前市面上常见的太阳能板,但它们仍有不耐水气、高温与紫外光等难题,离商业化还有一段距离,最近沙特阿拉伯科学家或许已找出解决办法,他们研发出耐用、且转换效率达21.9%的单晶钙钛矿电池。

生产单晶钙钛矿可能是消除许多缺陷的一种方法,因此被KAUST和其他几个研究机构视为一个值得克服的挑战。“我们的理由是,这些单晶为钙钛矿太阳能电池技术提供了一个机会,以克服这些局限性,并尽可能接近理论效率极限,”KAUST化学科学助理教授、该研究论文的共同主要作者奥马尔·穆罕默德说。

研究指出,新型单晶MAPbI3钙钛矿厚度约20微米,经过铜处理后再制成1mm厚的太阳能电池,转换效率最高已达21.9%。

就以晶体硅太阳能来说,单晶硅太阳能也因为组成原子均按照一定的规则与周期性的排列,纯度更要求达99.9999%,普遍来说单晶硅的转换效率都比多晶硅太阳能还要高。

产生的晶体厚度为20微米。然后用铜对这些电池进行处理,制造出1平方毫米的太阳能电池,其最大效率达到21.09%。研究小组说,他们对研究结果感到惊讶,并预计必须解决生长比20微米薄得多的晶体薄膜的问题,他们称之为“极其具有挑战性”。

因此来自沙特阿拉伯阿布都拉国王科技大学(KAUST)的团队,决定用单晶薄膜取代多晶薄膜。与多晶钙钛矿相比,单晶钙钛矿拥有较高的结晶品质,光吸收范围与热稳定性也更佳,商业应用价值较高。

该转换效率除了超出科学家预期,也比过去其他机构研究的成果还要高,KAUST化学科学助理教授Omar Mohammed表示,团队还以为要打造更薄的钙钛矿薄膜,才能将转换效率提高至21%,再加上晶体生长相当不易。

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该转换效率除了超出科学家预期,也比过去其他机构研究的成果还要高,KAUST化学科学助理教授Omar Mohammed表示,团队还以为要打造更薄的钙钛矿薄膜,才能将转换效率提高至21%,再加上晶体生长相当不易。

因此来自沙特阿拉伯阿布都拉国王科技大学的团队,决定用单晶薄膜取代多晶薄膜。与多晶钙钛矿相比,单晶钙钛矿拥有较高的结晶品质,光吸收范围与热稳定性也更佳,商业应用价值较高。

虽然钙钛矿单晶体的生长要比这里所达到的3-6毫米大很多倍,但研究人员说,达到的高效率突出了单晶体在开发钙钛矿基太阳能器件方面的潜力。

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钙钛矿电池除了成本低、易于加工外,还具有优异的光学和传输性能,备受太阳能科学家爱戴,其中钙钛矿电池性能和稳定性皆取决于薄膜形貌(morphology),然而钙钛矿电池多是由无序或是有缺陷的多晶薄膜制成,这些多晶钙钛矿薄膜存在许多晶粒、晶界、孔隙和表面缺陷,会使电子与电洞对再结合,转换效率难再提升。

沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学的一组科学家开发了一种生产单晶钙钛矿的方法,并以21.09%的效率实现了该技术的创纪录效率。

但若要将技术推出实验室,还得进一步扩大单晶MAPbI3钙钛矿电池的尺寸。以过去的经验来看,许多实验室得太阳能技术虽然已达到高转换效率,但放大尺寸之后,转换效率跟寿命都会略为下降。目前研究已发表在《ACS Energy Letters》。

(首图来源:Flickr/Steve Rainwater CC BY-SA 2.0)​​​

KAUST的最新突破涉及到单晶钙钛矿。尽管在硅中从多晶体生长转变为单晶生长的好处众所周知,但在钙钛矿中,这种方法非常具有挑战性。困扰这项技术发展的稳定性问题主要是由于晶体无序生长的趋势,会有许多缺陷出现在两个晶体的晶界上。

钙钛矿电池除了成本低、易于加工外,还具有优异的光学和传输性能,备受太阳能科学家爱戴,其中钙钛矿电池性能和稳定性皆取决于薄膜形貌(morphology),然而钙钛矿电池多是由无序或是有缺陷的多晶薄膜制成,这些多晶钙钛矿薄膜存在许多晶粒、晶界、孔隙和表面缺陷,会使电子与电洞对(载子)再结合,转换效率难再提升。

沙特物教育学家研发出转变率为21.9%的钙钛矿电池广东11选5代理。但若要将技术推出实验室,还得进一步扩大单晶MAPbI3 钙钛矿电池的尺寸。以过去的经验来看,许多实验室得太阳能技术虽然已达到高转换效率,但放大尺寸之后,转换效率跟寿命都会略为下降。目前研究已发布在《ACS Energy Letters》。

沙特物教育学家研发出转变率为21.9%的钙钛矿电池广东11选5代理。作者:MARK HUTCHINS

就以硅晶太阳能电池来说,单晶硅太阳能电池也因为组成原子均按照一定的规则与周期性的排列,纯度更要求达99.9999%,普遍来说单晶硅太阳能电池的转换效率都比多晶硅太阳能电池要高。

研究指出,新型单晶MAPbI3 钙钛矿厚度约20微米,经过铜处理后再制成1mm²厚的太阳能电池,转换效率最高已达21.9%。

有价值的挑战

7月23日消息,沙特阿拉伯科学家研发出转换效率达21.9%的单晶钙钛矿电池。

(Source:KAUST)

穆罕默德和他的团队使用一种方法生产了甲基铵三碘化铅的单晶,该方法是在两个聚合物涂层基板之间开始结晶过程,这两个聚合物涂层基板在物理上限制了晶体的一维生长。他们的方法和生产的设备在发表在《美国化学学会能源快报》上的论文《功率转换效率超过21%的单晶 (MAPbI3)钙钛矿太阳能电池》中进行了描述。

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如今已有越来越多科学家关注到单晶钙钛矿的优势,而KAUST也然,最近便通过逆温长晶(inverse-temperature crystal growth)技术,在两片涂有聚合物涂层的基板中生长出钙钛矿单晶,研发出新型单晶甲基氨基碘化铅钙钛矿电池。

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