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NREL在鈣鈦礦太陽能電池方面取得突破
日期:2019-05-01   [復制鏈接]
責任編輯:sx_xusuhong 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
編者按:美國能源部(DOE)國家可再生能源實驗室(NREL)的研究人員報告說,鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)取得了重大突破,已接近其最高效率。電池效率的提高歸功于一個新的化學式,同時也改善了太陽能電池的結(jié)構(gòu)和光電性能。

鈣鈦礦是指通過化學作用形成的晶體結(jié)構(gòu)。與硅材料制成的太陽能電池不同,鈣鈦礦電池具有柔韌性,預計制造成本更低。隨著研究人員不斷改進這項技術(shù),鈣鈦礦太陽能電池的效率穩(wěn)步提高。大多數(shù)的研究工作都集中在鉛基鈣鈦礦上。高效率、低帶隙的鈣鈦礦可以制造非常高效的全鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池,其中每一層只吸收一部分太陽光譜,并優(yōu)化配置轉(zhuǎn)換成電能的光。然而,低帶隙鈣鈦礦長期以來由于巨大的能量損失和不穩(wěn)定性,限制了它們在串聯(lián)中的應用。

NREL的科學家們通過替換鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中的部分鉛原子來縮小帶隙,使新改進的低帶隙鈣鈦礦太陽能電池的效率達到20.5%。

在鈣鈦礦太陽能電池中更換鉛可以縮小帶隙。但是,添加錫(sn)會產(chǎn)生其他問題。錫的快速結(jié)晶和氧化在錫基鈣鈦礦薄膜中產(chǎn)生針孔等缺陷。

利用鈣鈦礦層的串聯(lián)太陽能電池的理論最大效率可以超過30%。為了達到這個目的,低帶隙吸收層本身的效率必須在21%到23%之間?;阢U-錫混合物的太陽能電池的效率報告約為19%,相比之下,純鉛電池的效率為21%至24%。

為了抵消錫在混合物中的影響,NREL的科學家們引入了化合物GuaSCN。在發(fā)現(xiàn)7%的GuaSCN是顯著減少缺陷的最佳數(shù)量后,他們驗證了這些發(fā)現(xiàn),以另一個關鍵的方式使太陽能電池更有效。太陽能電池利用光“激發(fā)”電子來發(fā)電。電子保持激發(fā)的時間越長,產(chǎn)生的電就越多?;瘜W改性后的新的低帶隙材料使電子保持激發(fā)狀態(tài)超過1微秒,比以前報道的時間長約5倍。

改進的低帶隙單結(jié)太陽能電池以其20.5%的效率,與傳統(tǒng)的寬帶隙鈣鈦礦電池耦合。研究人員獲得了25%的效率四端和23.1%的效率兩端鈣鈦礦薄膜串聯(lián)電池。

NREL的研究資金來自美國能源部的SunShot計劃、太陽能技術(shù)辦公室和混合有機無機半導體能源中心。



原標題:NREL在鈣鈦礦太陽能電池方面取得突破
 
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