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​32.5%,新型硅-钙钛矿太阳能电池挑战效率极限

发布时间:

2023-07-14 10:47

据报道,《科学》杂志近日发表了两项让钙钛矿与硅适配从而打破硅基电池光电转换效率理论极限的研究成果。

其一是瑞士洛桑联邦理工学院的研究小组通过两步法使硅和钙钛矿协同工作,使得电池效率达31.2%。

其二是德国亥姆霍兹柏林材料与能源研究中心的科学家将液态哌嗪二氢碘酸盐注入钙钛矿层,减少了“任性”的电子,让光伏电池的效率达了32.5%。

目前,几乎所有商用太阳能电池都是由硅制成的。但硅基电池只能将窄频带的光转化为电能,超出或低于该范围太多的光要么直接通过,要么作为热量散失,这导致硅基电池的理论效率极限约为29.4%。

理论上,如果在硅层的顶部堆叠一种将其他频段范围的光转化为电能的材料,这个极限可能会提高。

钙钛矿就是非常适合的材料,因为它更善于吸收接近红外光谱的光。不过,事实证明,要高效利用它很困难,因为“任性”的电子在转化为电流之前就被重新吸收到晶体中了。

而现在,瑞士洛桑联邦理工学院与德国亥姆霍兹柏林材料与能源研究中心的学者,找到了让钙钛矿与硅适配实现更高效率的方法。

其中,瑞士洛桑联邦理工学院的Xin-Yu Chin和同事,通过两步法使硅和钙钛矿协同工作,先在硅基电池上涂一层紧密贴合的前体,然后再加入第二层化学品,使其与前体反应形成钙钛矿,设备效率达31.2%。

Chin指出,这一过程减少了硅-钙钛矿界面的缺陷,从而增加了可用于产生电流的电子数量。

而德国亥姆霍兹柏林材料与能源研究中心的Silvia Mariotti和同事,则将液态哌嗪二氢碘酸盐注入钙钛矿层,也能减少“任性”的电子,效率达32.5%。

“效率惊人。”英国剑桥大学的Kyle Frohna说,不过目前来说,这样的效率实现,还仅限于比商业用途所需尺寸小得多的太阳能电池。

“如果能大规模生产这种产品就太棒了,唯一需要注意的是,要确保它们能够稳定、持续地产生电能。”Frohna说。



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