研究人员开发了一种制作钙钛矿太阳能电池的更好方法

更快,更冷,更薄,更好的佩洛夫斯基钛料太阳能电池

钙钛矿太阳能电池可能是硅基太阳能电池的一种廉价、高效的替代品。一种新技术可以在常温下批量生产更薄的钙钛矿薄膜而不牺牲质量。薄膜钙钛矿太阳能电池可用于彩色窗户发电。

使用Perovskite,来自棕色大学的工程师已经开发了一种廉价,高效的替代硅的太阳能电池。

美国罗得岛州普罗维登斯市(布朗大学)——由布朗大学博士生领导的一项研究揭示了一种制造太阳能电池中吸收光的钙钛矿薄膜的新方法。

该新方法涉及室温溶剂浴以创建钙钛矿型结晶,而不是在热结晶当前方法中使用的鼓风。一项研究发表在化学的材料化学杂志A的皇家学会yabovip2021表明该技术生产高质量的结晶膜,在大面积上具有精确控制的厚度,并且可以指向钙钛矿细胞的批量生产方法。

钙钛矿是一种晶体材料,在清洁能源领域引起了不小的轰动。钙钛矿薄膜是极好的光吸收材料,而且比标准太阳能电池中使用的硅晶圆要便宜得多。钙钛矿电池的效率——即太阳光转化为电能的百分比——在短短几年内以惊人的速度增长。2009年首次引进的钙钛矿电池的效率仅为4%左右,远远低于标准硅电池25%的效率。但是到去年,钙钛矿电池的效率已经超过了20%。这种性能的快速提高是有希望的,研究人员正竞相开始在商业产品中使用钙钛矿电池。

有许多不同的方式,使电影,但几乎所有的人都需要热量。钙钛矿前体化学品溶解成溶液,然后将其涂覆到衬底上。施加热以除去溶剂,留下的钙钛矿晶体形成在整个衬底上的膜。

“人们已经取得了不错的电影在相对较小的区域 - 一厘米的一小部分左右的正方形。但他们不得不去下从100至150度科尔斯群岛Nitin Padture说,他是分子和纳米尺度创新研究所的工程教授和主任。

例如,当热处理时,晶体往往形成不均匀,在薄膜上留下微小的针孔。在太阳能电池中,这些小孔会降低效率。热也限制了可以在其上沉积薄膜的基片。例如,柔性塑料基片就不能使用,因为它们会被高温损坏。

媛媛周,研究生在Padture的实验室,想看看是否有一种方法,使钙钛矿晶薄膜,而无需加热即可。他想出了所谓的溶剂,溶剂萃取(SSE)的方法。

在他的方法,前体钙钛矿溶解在NMP叫并涂覆到基材上的溶剂。然后,代替加热,将衬底在二乙醚(DEE),其选择性地抓住NMP溶剂的第二溶剂和搅乳它扔掉沐浴。剩下的就是钙钛矿型结晶的超光滑的膜。

由于不涉及加热,这种晶体几乎可以在任何衬底上形成——甚至是用于柔性光伏的热敏聚合物衬底。另一个优点是整个SSE结晶过程只需不到两分钟,而热处理需要一个小时或更长时间。这使得这个过程更适合大规模生产,因为它可以在流水线式的过程中完成。

SSE方法还能使薄膜制作得非常薄,同时保持高质量。标准的钙钛矿薄膜厚度一般在300纳米左右。但周已经能够制作出20纳米的高质量薄膜。SSE薄膜也可以做得更大——几厘米见方——而不会产生针孔。

“使用其他方法,当厚度变得小于100个纳米的你很难让电影全覆盖,”周说。“你可以拍一部电影,但你得到很多针孔。在我们的过程中,可以形成薄膜均匀降到20个纳米,因为在室温下的结晶更加均衡,并立即在洗澡时整部影片的出现“。

研究人员说,这些超薄薄膜是部分透明的(标准厚度的薄膜是黑色和不透明的),所以它们可以用来制造光伏窗户。通过调整钙钛矿前驱体溶液的组成,Zhou已经能够制造出不同颜色的细胞。

Padture说:“这些可以用于装饰,建筑集成窗户,可以发电。”

该集团计划做更多的工作,以改进流程,但它们是由早期的结果感到鼓舞。与在国家可再生能源实验室在科罗拉多州的科学家合作,与SSE薄膜制成细胞的初步测试表明,超过15%的转换效率。分别示出基于使用的方法制得半透明80纳米的薄膜太阳能电池为具有比其他任何超薄膜更高的效率。

Padture说:“我们认为这可能是向各种商用钙钛矿电池产品迈出的重要一步。”

在纸张上的其他作者是孟津杨和国家可再生能源实验室的朱凯;雯雯武,布朗前博士后研究助理;和国家研究中心Kruchatov研究所的亚历山大·瓦西里耶夫L.。该研究由美国国家科学基金会(批准号DMR-1305913)和布朗大学研究生院的资助。在美国国家可再生能源实验室工作是由能源合同下的第DE-AC36-08-GO28308和DE-FOA-0000990的美国能源部的支持。周和Padture已申请在此基础上工作的临时专利。

出版物:圆圆周,等人,“通过溶剂 - 溶剂萃取混合的钙钛矿薄膜的高性能太阳能电池的的室温结晶,” J.母校。化学。A,2015年;DOI:10.1039 / C5TA00477B

图片:Padture实验室/布朗大学

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