下一代钙钛矿太阳能电池,可以采用热量,保持效率

热稳定钙钛矿太阳能电池

爱荷华州立大学的工程师们在他们的研究实验室里制作了这个概念验证钙钛矿太阳能电池。信贷:Harshavardhan Gaonkar

具有晶体结构和有希望的电光特性的钙钛矿可以是活性成分,使下一代低成本,高效,轻质和柔性的太阳能电池。

Vikram Dalal表示,当前硅太阳能电池的一个硅太阳能电池的效率相对较低,在IOWA州立大学Anson Marston杰出教授,托马斯M.惠特尼电气和计算机工程教授director of Iowa State’s Microelectronics Research Center.

实验室中最好的硅太阳能电池的效率约为26%,而商业电池的效率约为15%。这意味着需要更大的系统来生产一定量的电力,而更大的系统意味着更高的成本。

这让研究人员正在寻找提高效率和降低成本的新方法。一个想法可以将效率提升多达50%是串联结构,其彼此顶部堆叠两种电池,每个细胞都使用太阳光谱的不同,互补部分来产生功率。

Perovskite承诺,问题

研究人员最近开始看杂种有机无机钙钛矿材料作为硅细胞的良好串联合作伙伴。Perovskite呼叫的效率率接近25%,具有互补的带隙,可以非常薄(只需百万分之一米),并且可以轻松存放在硅上。

但是达拉尔表示,研究人员已经了解到那些杂交钙钛矿太阳能电池在暴露于高温时分解。

当您尝试将太阳阵列放在阳光下 - 热,干燥沙漠等地方,如美国西南,澳大利亚,中东和印度等地点的问题是一个问题。这些地方的环境温度可以达到120至130度华氏温度太阳能电池的温度可以达到华氏200度。

IOWA州立大学工程师在国家科学基金会部分支持的项目中,已经找到了一种方法来利用Perovskite的有用特性,同时在高温下稳定细胞。他们在科学期刊最近发表的一篇文章中描述了他们的发现美国化学学会应用能源材料

“These are promising results in pursuit of the commercialization of perovskite solar cell materials and a cleaner, greener future,” said Harshavardhan Gaonkar, the paper’s first author who recently earned his doctorate in electrical and computer engineering from Iowa State and is now working in Boise, Idaho, as an engineer for ON Semiconductor.

调整材料

该论文的通讯作者Dalal说,新的太阳能电池技术有两个关键的发展:

首先,他说工程师对钙钛矿材料的化妆进行了一些调整。

它们在材料中脱离了物质中的有机成分 - 特别是阳离子,具有额外质子的材料和阳性电荷 - 和取代的无机材料如铯。使材料在较高温度下稳定。

其次,它们开发了一种制造技术,该技术构建了一个薄层的钙钛矿材料 - 只是几亿分钟 - 一次。这种气相沉积技术是一致的,没有污染物,并且已经在其他行业中使用,因此可以扩大商业生产。

这些变化的结果?

“我们的Perovskite太阳能电池均匀地显示出热降解,即使在200度时也没有热降解摄氏(390华氏度)超过三天,温度远远超过太阳能电池必须承受的真实环境,”Gaonkar说。

然后Dalal做了一点比较和对比:“这比有机-无机钙钛矿细胞要好得多,后者在这个温度下会完全分解。所以这是该领域的一个重大进步。”

提高性能

本文报道了新型无机钙钛矿太阳能电池的光电转换效率为11.8%。这意味着工程师们还有更多的工作要做。

“我们现在正在尝试优化这款电池 - 我们希望使其在将太阳能转换为电力时更有效,”Dalal说。“我们还有很多研究要做,但我们认为我们可以通过使用新的材料组合来到那里。”

例如,工程师们用溴取代钙钛矿材料中常见的碘。这使得电池对水分的敏感性大大降低,解决了标准混合钙钛矿的另一个问题。但是,这种替代改变了电池的性质,降低了效率,也降低了它们与硅电池的协同工作能力。

因此,调整和试验将继续进行。

随着研究的进展,工程师们相信他们走在一条经过验证的道路上:“这项研究表明,无机钙钛矿材料和太阳能电池在更高的温度和更长时间内具有更强的热稳定性,比其他报道的要高。”他们在论文中写道。“这是钙钛矿太阳能电池材料商业化的有希望的结果。”

参考文献:“热稳定、高效、蒸汽沉积无机钙钛矿太阳能电池”,作者:Harshavardhan Gaonkar、Junhao Zhu、Ranjith Kottokkaran、Behrang Bhageri Max Noack和Vikram Dalal, 2020年3月23日,ACS应用能源材料
DOI:10.1021 / ACSAEM.0C00010

除了Vikram Dalal和Harshavardhan Gaonkar之外,该研究团队还包括Max Nooack,副科学家;Ranjith Kottokkaran,助理科学家;君豪朱和Behrang Bagheri,研究生。

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