鈣鈦礦結(jié)合鉀 太陽能電池效率再提升
光伏產(chǎn)業(yè)網(wǎng)訊
發(fā)布日期：2018-03-23
核心提示：
鈣鈦礦電池是下一代太陽能電池中最具競(jìng)爭(zhēng)力者，而劍橋大學(xué)團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)只要透過添加碘化鉀，就能再提升鈣鈦礦太陽能電池的效率達(dá)21.5%，將更多陽光轉(zhuǎn)為電力。
鈣鈦礦電池是下一代太陽能電池中最具競(jìng)爭(zhēng)力者，而劍橋大學(xué)團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)只要透過添加碘化鉀，就能再提升鈣鈦礦太陽能電池的效率達(dá)21.5%，將更多陽光轉(zhuǎn)為電力。
研究人員這樣描述：碘化鉀“治愈”了鈣鈦礦太陽能電池僵化的離子行為，這缺陷已限制便宜的鈣鈦礦電池提升效率多年。
鈣鈦礦做為一種極有前途的離子半導(dǎo)體材料，從首次發(fā)現(xiàn)至今短短幾年就在商業(yè)薄膜光伏技術(shù)中產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)力，由于成本低廉、可低溫產(chǎn)制，對(duì)太陽能電池與照明設(shè)備商有莫大吸引力。
但還是有些條件妨礙了鈣鈦礦的效率，比如鈣鈦礦結(jié)晶結(jié)構(gòu)中的微小缺陷常被稱為“陷阱”，可能會(huì)導(dǎo)致電子在能量被利用前“卡住”，而電子在太陽能電池材料中移動(dòng)越容易，光子被轉(zhuǎn)化成電的效率越高；另一個(gè)問題是，離子于陽光照射時(shí)在電池中移動(dòng)會(huì)導(dǎo)致能隙（bandgap）發(fā)生變化，改變材料吸收的光。
劍橋大學(xué)研究人員SamStranks表示，到目前為止，科學(xué)家都還沒有找到可使材料能隙保持穩(wěn)定的方法，所以只能試圖調(diào)整鈣鈦礦層的化學(xué)組成來固定離子運(yùn)動(dòng)，而這使鈣鈦礦搖身變成彩色LED材料而非太陽能電池。
在新實(shí)驗(yàn)里，研究人員于墨水中添加碘化鉀，等墨水干掉就會(huì)留下化學(xué)組成改變的鈣鈦礦層薄膜。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，碘化鉀于鈣鈦礦層頂部形成的“裝飾層”可以“愈合”陷阱，讓電子更自由移動(dòng)并固定離子運(yùn)動(dòng)，使材料擁有穩(wěn)定能隙，這代表串聯(lián)的鈣鈦礦太陽能電池將變得更高效。
而鈣鈦礦與鉀結(jié)合表現(xiàn)出良好穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)換效率達(dá)21.5%，與最好的鈣鈦礦太陽能電池相似，離硅太陽能電池的實(shí)際效率極限（29%）也不遠(yuǎn)。若是由2個(gè)具理想帶隙的鈣鈦礦層制成串聯(lián)電池，可能具有45％的理論效率極限和35％的實(shí)際極限──全高于當(dāng)前硅電池的實(shí)際效率極限。
與其他光伏技術(shù)不同，由于鈣鈦礦非常隨和，科學(xué)家無需添加額外有機(jī)層，只要透過不同材料與比例混合就能得出不同的光學(xué)特性與電性表現(xiàn)，任何一種新組成都可能讓鈣鈦礦性能變得更好。新研究發(fā)布在《自然》期刊。