未来太阳能技术的游戏规则改变者:新的钙钛矿太阳能模块,更大的尺寸,功率和稳定性

钙钛矿太阳能模块

研究人员创造了5×5厘米的太阳能模块2和10×10厘米2-远大于1.5 x1.5厘米2传统上是在实验室里制造的,但比商业太阳能电池板要小。信贷:OIST

  • 钙钛矿有望成为未来太阳能技术的颠覆者,但目前其运行寿命较短,且在扩大规模时效率下降
  • 通过在制造过程中将前体材料与氯化铵混合来改善太阳能电池模块的稳定性和效率
  • 改进后的钙钛矿活性层厚度更厚,晶粒更大,缺陷更少
  • 都是5 x 5厘米2和10 x 10厘米2Perovskite模块保持高效率超过1000小时

来自冲绳科学技术研究生院(OIST)的研究人员通过使用一种减少缺陷的新制造技术,创造了稳定性和效率更高的钙钛矿太阳能模块。他们的研究结果发表在25号杂志上th2021年1月,在先进的能源材料

钙钛矿是下一代太阳能技术最有前途的材料之一,其效率在10年多一点的时间里从3.8%飙升到25.5%。钙钛矿太阳能电池生产成本低廉,而且具有柔性的潜力,增加了它们的多功能性。但是商业化的道路上仍然有两个障碍:缺乏长期稳定性和难以升级。

“钙钛矿材料很脆弱,容易分解,这意味着太阳能电池在很长一段时间内很难保持高效率,”第一作者Tong Guoqing博士说,他是OIST能源材料和表面科学单元的博士后学者,该单元由齐亚兵教授领导。“尽管小型钙钛矿太阳能电池效率很高,性能几乎和硅电池一样好,但一旦扩大到更大的太阳能组件,效率就会下降。”

在功能性太阳能器件中,钙钛矿层位于中心,夹在两个运输层和两个电极之间。随着活性钙钛矿层吸收太阳光,它产生电荷载体,然后通过传输层流到电极并产生电流。

然而,在各个钙钛矿晶粒之间的边界之间的蠕动层和缺陷的针孔可以破坏从钙钛矿层到传输层的电荷载体的流动,降低效率。湿度和氧气也可以开始降解这些缺陷部位的钙钛矿层,缩短装置的寿命。

钙钛矿太阳能组件和活性层表面

Perovskite太阳能电池设备需要多个层次。活性钙钛矿层吸收阳光并产生电荷载体。运输层将电荷载流子传送到电极,释放电流。活性钙钛矿层由许多晶粒形成。这些颗粒之间的边界和钙钛矿膜中的其他缺陷,例如针孔,降低太阳能器件的效率和寿命。信贷:OIST

“缩放挑战是具有挑战性的,因为随着模块的尺寸的增加,产生均匀的钙钛矿层更难,这些缺陷变得更加明显,”佟博士解释说。“我们想找到一种制造解决这些问题的大模块的方法。”

目前,生产的大多数太阳能电池具有薄钙钛矿层 - 仅厚度为500纳米。理论上,薄钙钛矿层提高了效率,因为电荷载体具有较低距离行驶的距离以到达上方和下方的运输层。但是,在制造较大的模块时,研究人员发现薄膜经常开发更多的缺陷和针孔。

因此,研究人员选择了5 × 5厘米2和10 x 10厘米2含有双倍厚度的钙钛矿薄膜的太阳能模块。


OIST能源材料和表面科学部门的科学家们展示了钙钛矿太阳能模块的应用,为风扇和玩具汽车提供动力。信贷:OIST

然而,使较厚的钙钛矿电影随着自己的一系列挑战而来。Perovskites是一类材料,通常通过将许多化合物作为溶液而使它们在一起而形成,然后允许它们结晶。

然而,科学家们努力溶解足够高的铅碘 - 用于形成钙钛矿的前体材料之一 - 对于较厚的薄膜所需的一种。他们还发现结晶步骤快速且无法控制,因此厚膜含有许多小颗粒,具有更多的晶界。

因此,研究人员加入氯化铵以增加铅碘的溶解度。这也允许铅​​碘在有机溶剂中更均匀地溶解,导致具有更大粒度和更少的缺陷的更均匀的钙钛矿膜。后来从钙钛矿溶液中除去氨,降低钙钛矿膜内的杂质水平。

Perovskite活性层的表面

通过加入氯化铵,所得钙钛矿薄膜具有更大的粒度较大的粒度,降低了晶界的数量。信贷:OIST

总的来说,太阳能模块大小为5 x 5厘米2显示效率为14.55%,在没有氯化铵的模块中的13.06%,并且能够在两个月内工作1600小时 - 超过80%的效率。

较大的10 × 10厘米2模块的效率为10.25%,并在超过1100小时(约46天)的时间内保持高水平的效率。

唐博士说:“这是第一次报道这种尺寸的钙钛矿太阳能组件的寿命测量,这真的很令人兴奋。”

这项工作得到了OIST技术开发和创新中心的概念验证项目的支持。这些结果是一个有希望的进步,在寻求生产商业规模的太阳能组件的效率和稳定性,以匹配硅组件。

在研究的下一阶段,该团队计划进一步优化他们的技术,使用基于蒸汽的方法,而不是使用溶液来制造钙钛矿太阳能模块,现在正试图将尺寸扩大到15 x 15厘米2模块。

“从实验室大小的太阳能电池到5 x 5厘米2太阳能组件很难。这是10 x 10厘米的太阳能模块2甚至更难。并前往15 x 15厘米2太阳能组件将更加困难,”童博士说。“但团队很期待挑战。”

参考:“可扩展制造> 90厘米2Perovskite太阳能模块基于中间阶段策略的巨大运行稳定性“由大庆塘,大勇儿子,路易斯,玉强刘,延强胡,惠章,Zonghao刘和Zonghao刘和Yabing Qi,2021年1月25日,先进的能源材料
DOI:10.1002 / AENM.202003712

1评论在“未来的太阳能技术中的游戏 - 更换者:新的佩罗夫斯基特太阳能模块,具有更大的尺寸,力量和稳定性”

  1. 罗伯特·伯纳尔|1月27日,2021年下午5:47|回复

    何苦?
    是的,这对研究有好处,但是对乐趣可能永远不会持久的毒性太多,这已经比框架,玻璃和结构部件便宜了。

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