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25.2%！MIT設(shè)法提高鈣鈦礦光伏電池效率
眾所周知，鈣鈦礦是最終取代硅作為太陽能電池板的首選材料。它們提供了在低成本、低溫環(huán)境下制造超薄輕質(zhì)柔性電池的潛力，但由于它們將陽光轉(zhuǎn)化為電能的效率落后于硅和其他一些替代品，其前景一直受限。 近期，美國麻省理工學(xué)院（MIT）的一組研究人員利用新方法將這種材料的效率提高到了25.2%，甚至超過了當(dāng)今典型硅電池的轉(zhuǎn)化效率（通常在20%到22%之間），并為進(jìn)一步的改進(jìn)奠定了基礎(chǔ)。這項(xiàng)研究成果已于近期刊登在了著名科學(xué)期刊《自然》（Nature）上。 據(jù)悉，研究人員通過在鈣鈦礦材料上添加一層經(jīng)過特殊處理的二氧化錫導(dǎo)電層，這為電池中的載流子提供了一條改進(jìn)的路徑，并通過修改鈣鈦礦公式，將其作為太陽能電池的整體效率提高到了25.2%。 誠然，這幾乎已經(jīng)是此類材料的最高記錄，使許多現(xiàn)有太陽能電池板的效率相形見絀。然而，與硅相比，鈣鈦礦的壽命仍然明顯滯后，世界各地的研究小組也正在研究改善這一短板的方法。 鈣鈦礦是一類廣泛的材料，有大量可能的化學(xué)組合可以用于制造該材料。研究人員稱，這些材料吸引了全世界的興趣，因?yàn)椤爸辽僭诶碚撋�，它們可以比硅或砷化鎵便宜得多�！边@部分是因?yàn)楣杌蛏榛壍募庸ず椭圃煨枰掷m(xù)超過1000攝氏度的高溫，而鈣鈦礦可以在低于200℃的條件下處理。 此外，鈣鈦礦相對(duì)于硅或其他諸多候選替代品的另一個(gè)主要優(yōu)勢是，它可以形成非常薄的層，同時(shí)仍能有效地捕捉太陽能。該研究作者之一、MIT化學(xué)教授Moungi Bawendi表示：“鈣鈦礦電池有潛力比硅電池輕幾個(gè)數(shù)量級(jí)。” 根據(jù)Bawendi的說法，該團(tuán)隊(duì)提高材料效率的關(guān)鍵之一，是對(duì)構(gòu)成鈣鈦礦太陽能電池的三明治結(jié)構(gòu)的其中一層——電子傳輸層——的精確設(shè)計(jì)。 據(jù)了解，鈣鈦礦本身有一層透明導(dǎo)電層，用于將電流從電池傳遞到需要使用的地方。然而，如果導(dǎo)電層直接附著在鈣鈦礦上，電子和它們對(duì)接的物體就會(huì)發(fā)生復(fù)合反應(yīng)，使電子無法流動(dòng)。在MIT研究人員的設(shè)計(jì)中，鈣鈦礦和導(dǎo)電層由一種改進(jìn)的中間層隔開，這種中間層可以讓電子通過，同時(shí)防止復(fù)合。 研究人員強(qiáng)調(diào)指出，由此帶來的效率提高已經(jīng)使材料理論效率達(dá)到了該材料所能達(dá)到的理論最大效率的80％以上。 在進(jìn)一步的研究中，研究人員認(rèn)為有兩個(gè)重要的方面可選擇，即繼續(xù)努力提高效率、專注于提高該材料的長期穩(wěn)定性。目前，這種材料的長期穩(wěn)定性僅有幾個(gè)月，而硅電池則可以穩(wěn)定使用幾十年。 但Bawendi指出，出于某些目的，“長壽”可能不是那么重要。許多電子設(shè)備，例如手機(jī)，無論如何都將在幾年內(nèi)被替換，因此即使相對(duì)壽命較短的太陽能電池也可能有一些有用的應(yīng)用。 |
