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新型过氧化物,降低太阳能电池成本,使其更轻便、灵活!

2021-07-17 11:31
陈述根本
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文/陈根

虽然世界上许多地方的太阳能发电成本,开始与化石燃料发电价格持平,但太阳能资源仍只占世界电力总量的一小部分。因此,将太阳光转换为电能或光伏电池,在全球太阳能发电方面拥有巨大潜力。但是,目前市场上的太阳能电池大多使用的是硅,与传统的电源相比,其制造成本更加高昂。

近日,冲绳科技大学研究人员开发了一种高效率的过氧化物,其不仅能够有效降低太阳能电池成本,而且能使电池更轻便、更灵活。

陈根:结晶过氧化物,太阳能转换更高效

在金属卤化过氧化物中,有一种必要的结晶粉末,叫做FAPbI3,它可以形成金属卤化过氧化物的吸收层。之前,该吸收层需要通过结合PbI2和FAI两种材料来制造,由此发生反应产生FAPbI3。但这种方法往往容易导致一种或两种原材料残留。在一定程度上,就会阻碍太阳能电池的效率。

针对这一短板,研究人员使用工程方法将粉末转化为结晶粉末。原材料PbI2参与其中,但增加了将混合物加热到90摄氏度,仔细溶解并过滤掉所有残留物这一步骤。这可以使得所产生的粉末质量更高,结构更完美。

此外,这道步骤还能使过氧化物的稳定性在不同的温度下有所提高。当过氧化物的吸收层从原始反应中形成时,它可以在高温下保持稳定。然而,在室温下,它就会从棕色变成黄色,这对于吸收光线来说并不理想。但增加了这一工序后,就算在在室温下,其也是棕色的。

通常情况下,典型的硅基太阳能电池板效率集中在20%到22%区间。之前,研究人员创造过效率超过25%的过氧化物基太阳能电池,但是,要将这些新的太阳能电池移出实验室,是个挑战。

一般情况下,实验室规模的太阳能电池都很小,每个电池的尺寸大约只有0.1平方厘米。大多数研究人员专注于这些尺寸,因为它们更容易创建。但就应用层面而言,现实中所需要的太阳能模块体积要大得多。

另外,太阳能电池的寿命也是值得注意的方面。虽然之前的太阳能电池已经达到了25%的效率,但其寿命最多只有几千小时。在这之后,电池的效率就会下降。

该研究中使用的合成结晶的过氧化物粉末,在太阳能电池的制造中不但实现了超过23%的转换效率,而且寿命超过了2000小时。甚至当他们扩大到5x5cm2的太阳能模块,依然可以取得超过14%的效率。

总的来说,该研究创造了一种相对较新的材料——金属卤化过氧化物。当其处于太阳能电池的中心时,过氧化物的晶体结构能将光转换为电,且成本比硅低得多。此外,基于过氧化物的太阳能电池可以使用刚性和柔性基材来制造,除了价格更加低廉之外,它们还更轻便、更灵活。

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