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美國:鈣鈦礦太陽能電池穩(wěn)定性獲極大提升

2024-06-15 09:51  來源:科技日?qǐng)?bào)  瀏覽:  

礦物樣品。圖片來源:杰夫·菲特洛/萊斯大學(xué)

當(dāng)?shù)貢r(shí)間13日,《科學(xué)》雜志封面發(fā)表一項(xiàng)來自美國萊斯大學(xué)的研究成果,介紹了一種將甲脒碘基鈣鈦礦(FAPbI3)合成為超穩(wěn)定、高品質(zhì)光伏薄膜的方法。在85℃的溫度下,經(jīng)過1000多個(gè)小時(shí)運(yùn)行,F(xiàn)APbI3太陽能電池的整體效率下降幅度不到3%。

研究人員表示,新方法實(shí)現(xiàn)了迄今最佳穩(wěn)定性能,關(guān)鍵是在FAPbI3前驅(qū)體溶液中添加了一些二維(2D)鈣鈦礦。這些鈣鈦礦可作為模板,引導(dǎo)塊狀或3D鈣鈦礦的生長,為晶格結(jié)構(gòu)提供額外的壓縮力和穩(wěn)定性。

研究人員解釋道,鈣鈦礦晶體有兩種破壞方式:化學(xué)上可破壞組成晶體的分子;結(jié)構(gòu)上可重新排列分子以形成不同的晶體。在用于太陽能電池的各種晶體中,化學(xué)性質(zhì)最穩(wěn)定的往往結(jié)構(gòu)最不穩(wěn)定,反之亦然。FAPbI3屬于結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的那種。

雖然2D鈣鈦礦在化學(xué)和結(jié)構(gòu)上都比FAPbI3更穩(wěn)定,但它們通常不太善于捕捉光線,因此不適合做太陽能電池材料。不過,研究人員推測,將2D鈣鈦礦作為生長FAPbI3薄膜的模板,可能會(huì)賦予后者穩(wěn)定性。為了驗(yàn)證這一想法,他們開發(fā)了4種不同類型的2D鈣鈦礦,并用它們制作了不同的FAPbI3薄膜配方。

結(jié)果顯示,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。沒帶2D鈣鈦礦模板的太陽能電池在空氣中利用陽光發(fā)電兩天后會(huì)顯著降解,而帶有2D鈣鈦礦模板的太陽能電池即使在20天后也不會(huì)降解。在帶有2D鈣鈦礦模板的太陽能電池中添加封裝層,穩(wěn)定性將得到進(jìn)一步提高。

新研究可降低制造成本,使結(jié)構(gòu)簡化的太陽能電池板重量更輕、更靈活,可能會(huì)對(duì)光收集或光伏技術(shù)產(chǎn)生變革性影響。

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