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科学家研发二氧化铯钛纳米管过氧化物太阳能电池

2021-03-03 16:00
微锂电
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导读:全球研究小组开发了一种掺有铯的二氧化钛纳米管的过氧化物光伏电池。据称,它比不掺铯纳米管的电池具有更好的短路电流和功率转换效率。他们说在高达800℃的温度下,它具有最佳的热稳定性。

科学家研发二氧化铯钛纳米管过氧化物太阳能电池  具有最佳热稳定性

一个国际研究小组通过使用由二氧化铯——二氧化钛(Cs-TiO2)制成的特殊纳米管,开发出一种具有较强热稳定性和增强电子注入的过氧化物太阳能电池。

科学家们使用纯度为99.4%、厚度为1毫米、长度为50毫米的钛片。该电池采用两步电化学阳极化工艺制造,然后用Cs基溶液掺杂后,用Cs纳米颗粒封装。然后在450℃下对C2-TiO2纳米管进行退火,该太阳能电池以甲基三碘化铅铵(CH3NH3PbI3)为基础,它是一种具有高光致发光量子产率的过氧化物。

研究人员制造了具有规则、有序结构的纳米管,他们表示这对于太阳能电池实现高水平的功率转换效率是必要的。这种效率与纳米管本身的长度成正比。

他们说:“如果纳米管长度在1微米(μm)到20微米之间,那么入射光子到电流的转换效率(IPCE)就会增加,在20微米的长度上达到80%,从而提高了过氧化硅太阳能电池的效率。”他们还表示20微米是电子的合理距离,可以实现更高的效率。

学者们表示他们用于生产纳米管的掺杂材料的金属离子具有更好的接受电子的能力。他们说:“掺杂的金属可以很容易地捕获传导电子,使电子空穴对重组减少。”

他们使用紫外-可见光谱(UV-Vis)比较了他们的太阳能电池与用TiO2纳米管设计的、没有掺杂Cs的类似电池的性能。通过热重分析(TGA)测量了这两种器件的热性能。热评估结果显示,掺杂的纳米管在高达800 C的温度下具有优异的热稳定性,他们还发现在150 C左右的温度下,纳米管的重量损失大约为1%。

分析表明,铯原子掺杂通过减少重组反应,有效促进了电子传输。研究人员表示,基于Cs-TiO2的过氧化物太阳能电池表现出了优越的性能,使得短路电流比参考电池跃升了18.67%,功率转换效率提高了22.28%。

研究人员总结道:“太阳能电池参数的改善可以归因于增强了对器件中光生电荷载流子的提取。”

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