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鈣鈦礦光伏電池穩定性獲“里程碑式”進展!只需加入這種聚合物……
此次HZB的科學家們在鈣鈦礦電池穩定性研究中取得了“里程碑式進展”。......
近期,德國柏林亥姆霍茲中心(HZB)領導的科學家為鈣鈦礦材料開發了一種添加劑,該添加劑可以起到“緩沖”的作用,保護脆弱的鈣鈦礦晶體免受溫度變化帶來的壓力。
鈣鈦礦半導體有望成為高效、低成本的太陽能電池,但作為半有機材料,鈣鈦礦太陽能電池對溫差敏感,在正常的戶外使用中會很快導致衰減、損壞。因此,這一領域的科學家們都不斷致力于尋找提高穩定性的新方法。
HZB一個大型研究團隊的負責人Antonio Abate教授解釋說,“陽光可以將光伏電池內部加熱到80℃;沒有光照后電池立即冷卻到環境溫度。這會在鈣鈦礦薄層中引發巨大的機械應力,產生一些缺陷甚至局部相變,嚴重影響鈣鈦礦材料薄膜的質量?!?/p>
據報道,此次HZB的科學家們在鈣鈦礦電池穩定性研究中取得了“里程碑式進展”。他們發現,在前體鈣鈦礦溶液中添加偶極聚合物材料有助于晶體結構的穩定,并能使電池效率遠高于24%,在-60至+80℃進行100次熱循環試驗后性能幾乎不會下降。
Abate的團隊和許多國際合作伙伴一起研究了不同鈣鈦礦太陽能電池結構,尋找如何顯著提高穩定性的化學變化。經他們研究發現,p-i-n架構的鈣鈦礦薄膜通常效率比更常用的n-i-p架構更好。最新研究成果已于近期發表在了《科學》雜志上。
不僅如此,該小組還發現,與一種被稱為b-pV2F(全名b-poly(1,1-二氟乙烯))的聚合物化合物合作,可以進一步提高p-i-n太陽能電池的穩定性。
Abate解釋說,“這種聚合物似乎包裹在薄膜中的單個鈣鈦礦微晶體上,就像一個軟殼,可以幫助緩沖熱機械應力?!?/p>
經測試,尺寸為18平方毫米的電池的最大效率為24.6%,而較大的1平方厘米器件的效率為23.1%。這些電池在80攝氏度到-60攝氏度之間經歷了100多次溫度循環,以及1000小時的持續照明。HZB表示,這大約相當于在戶外使用一年。
此外,在25℃的模擬陽光照射1000小時后,這些電池保留了96%的初始性能,在75℃下進行測試時保留了88%。除了緩沖效應外,添加劑還顯示出通過影響載流子的運輸來提高電池的效率,使該小組創造了p-i-n器件效率記錄。
未來,HZB將致力于進一步降低隨著時間的推移而損失的性能,使其達到商業設備所需的水平。
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