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在一項(xiàng)新研究中，來(lái)自沖繩科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院(OIST)的研究人員證實(shí)，以一種不同的方式創(chuàng)造鈣鈦礦(一種相對(duì)較新的科學(xué)材料)所需的原材料或是這些電池取得成功的關(guān)鍵。

題為《通過粉末設(shè)計(jì)去除殘余成分，鈣鈦礦高效太陽(yáng)電池運(yùn)行壽命超2000小時(shí)》的研究發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《納米能源》雜志上。這項(xiàng)工作得到了OIST技術(shù)開發(fā)和創(chuàng)新中心概念驗(yàn)證計(jì)劃的支持。

在Yabing Qi教授的領(lǐng)導(dǎo)下，隸屬于OIST能源材料和表面科學(xué)部的研究人員使用一種更精確的粉末設(shè)計(jì)方法合成了名為FAPbI3的鈣鈦礦結(jié)晶粉末。

文章的主要作者之一、博士后學(xué)者Guoqing Tong博士解釋稱，“鈣鈦礦中的結(jié)晶粉末--FAPbI3--形成了鈣鈦礦吸收層，以前，這個(gè)吸收層是通過結(jié)合PbI2 和FAI這兩種材料來(lái)制造的。發(fā)生的反應(yīng)產(chǎn)生了FAPbI3。但這種方法遠(yuǎn)非完美。通常會(huì)有一種或兩種原始材料的殘留物，這會(huì)有礙太陽(yáng)能電池的效率。”

研究人員指出，這種方法的另一個(gè)好處是，在不同的溫度條件下，鈣鈦礦的穩(wěn)定性都有所提升。研究人員指出，原始反應(yīng)中形成了鈣鈦礦吸收層。在室溫下，吸收層從棕色變成黃色，這對(duì)于光線的吸收而言并不理想。但是，在室溫下的合成物是棕色的。

過去，研究人員已經(jīng)創(chuàng)造出效率超25%的鈣鈦礦太陽(yáng)電池，這一效率與硅基太陽(yáng)電池相當(dāng)。但是，科學(xué)家們認(rèn)為，如果要把這些新的太陽(yáng)電池帶出實(shí)驗(yàn)室，就必須擴(kuò)大尺寸，提升長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

Tong博士和他的團(tuán)隊(duì)使用合成的鈣鈦礦結(jié)晶粉末實(shí)現(xiàn)了超過23%的太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率，電池壽命也超過了2000小時(shí)。即使在太陽(yáng)能組件擴(kuò)大到5x5cm2后，團(tuán)隊(duì)仍然取得了超過14%的效率。作為一種概念驗(yàn)證辦法，研究人員制造出一個(gè)使用鈣鈦礦太陽(yáng)能組件為鋰離子電池充電的裝置。

專家們認(rèn)為，這些成果代表著向可在實(shí)驗(yàn)室外使用的、高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池和組件邁出了關(guān)鍵一步。“我們的下一步工作是制作一個(gè)15x15cm2 、效率超過15%的太陽(yáng)能組件。”Tong博士希望這一領(lǐng)域的深入進(jìn)展可以使他們使用太陽(yáng)能組件為OIST的一棟大樓供電。

新興的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池領(lǐng)域?yàn)檠芯咳藛T打開了新的大門，這種太陽(yáng)能領(lǐng)域的技術(shù)正在逐漸被普及和接受。

今年早些時(shí)候，牛津大學(xué)的一家衍生公司Oxford PV宣布，其鈣鈦礦硅串聯(lián)太陽(yáng)能電池效率創(chuàng)下了29.52%的新紀(jì)錄。

去年，耶路撒冷希伯來(lái)大學(xué)的一個(gè)研究小組提出了一種用于太陽(yáng)能電池生產(chǎn)的可回收鈣鈦礦新方法。預(yù)計(jì)這一工藝將對(duì)太陽(yáng)能領(lǐng)域產(chǎn)生持久的影響。使用這種結(jié)構(gòu)制備的太陽(yáng)能電池的功率轉(zhuǎn)換效率達(dá)到11.08%，開路電壓高達(dá)0.988V。

原標(biāo)題：提高鈣鈦礦太陽(yáng)電池效率新途徑：利用粉末設(shè)計(jì)去除殘余成分