钾使钙钛矿基太阳能电池的效率提高

2018-12-28 09:45:35
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简单的钾溶液可以提高下一代太阳能电池的效率,使其能够将更多的阳光转化为电能。

由剑桥大学领导的一个国际研究小组发现,添加碘化钾“治愈”了缺陷和固定离子运动,迄今为止限制了廉价钙钛矿太阳能电池的效率。这些下一代太阳能电池可用作现有硅基太阳能电池顶部的效率提升层,或制成独立的太阳能电池或彩色LED。结果发表在Nature杂志上。

该研究中的太阳能电池基于金属卤化物钙钛矿 - 一组有前途的离子半导体材料,在短短几年的发展中,现在可以在将太阳光转化为电能方面与商业薄膜光伏技术相媲美。钙钛矿价格便宜,易于在低温下生产,这使得它们对下一代太阳能电池和照明具有吸引力。

尽管有钙钛矿的潜力,但一些限制妨碍了它们的效率和一致性。钙钛矿晶体结构中的微小缺陷(称为陷阱)可能导致电子在被利用之前被“卡住”。电子在太阳能电池材料中移动越容易,将光子,光粒子转换成电能的材料就越有效。另一个问题是,当被照射时,离子可以在太阳能电池中移动,这可能导致带隙的变化 - 材料吸收的光的颜色。

“到目前为止,我们还没有能够通过我们需要的带隙使这些材料稳定,所以我们一直试图通过调整钙钛矿层的化学成分来固定离子运动,”剑桥卡文迪什的Sam Stranks博士说。负责研究的实验室。“这将使钙钛矿可用作多功能太阳能电池或彩色LED,这些LED基本上是反向运行的太阳能电池。”

在这项研究中,研究人员通过在钙钛矿墨水中添加碘化钾来改变钙钛矿层的化学成分,然后将其自组装成薄膜。该技术与卷对卷工艺兼容,这意味着它具有可扩展性且价格低廉。碘化钾在钙钛矿顶部形成“装饰”层,其具有“修复”陷阱的作用,使得电子可以更自由地移动,以及固定离子运动,这使得材料在所需的时间更稳定。带隙。

研究人员证明了钙钛矿带隙具有良好的性能,非常适合在硅太阳能电池或其他钙钛矿层(即所谓的串联太阳能电池)上进行分层。硅串联太阳能电池最有可能是钙钛矿的首次广泛应用。通过添加钙钛矿层,可以从更宽范围的太阳光谱中更有效地收获光。

“钾稳定了我们想要的串联太阳能电池的钙钛矿带隙,使它们更加发光,这意味着更高效的太阳能电池,”斯特兰克斯说,他的研究由欧盟和欧洲研究理事会的地平线2020计划资助。“它几乎完全控制了钙钛矿中的离子和缺陷。”

“我们发现钙钛矿对添加剂非常耐受 - 你可以添加新成分,它们的表现会更好,”第一作者Mojtaba Abdi-Jalebi说,他是卡文迪什实验室的博士候选人,由Nava Technology Limited资助。“与其他光伏技术不同,我们不需要添加额外的层来提高性能,添加剂只需与钙钛矿油墨混合即可。”

钙钛矿和钾器件在测试中表现出良好的稳定性,并且在将光转换成电能方面有21.5%的效率,这类似于最好的钙钛矿基太阳能电池,并且远低于硅基太阳能电池的实际效率极限,这是(29%)。由具有理想带隙的两个钙钛矿层制成的串联电池具有45%的理论效率极限和35%的实际极限 - 两者都高于当前硅的实际效率极限。“你为自己的钱获得更多权力,”斯特兰克斯说。

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