光学和光子学

表面处理能否使商用钙钛矿太阳能电池成为可能?

字号+ 作者:admin 来源:小丑鱼-分享科普知识 2019-12-03 15:17

与纯硅相比,更低的成本,更短的投资回收期以及更高的效率钙钛矿用于太阳能电池的承诺听起来太好了,难以置信,到目前为止。钙钛矿在热,氧气,湿气,电场和光辐照下是不稳定的敏感性目录对于太阳能电池来说是灾难性的,太阳能电池需要暴露在天气中才能将阳光转化为电能。 毫不奇怪,世界上

  与纯硅相比,更低的成本,更短的投资回收期以及更高的效率–钙钛矿用于太阳能电池的承诺听起来太好了,难以置信,到目前为止。钙钛矿在热,氧气,湿气,电场和光辐照下是不稳定的–敏感性目录对于太阳能电池来说是灾难性的,太阳能电池需要暴露在天气中才能将阳光转化为电能。

表面处理能否使商用钙钛矿太阳能电池成为可能?

  毫不奇怪,世界上许多团体都在积极研究提高钙钛矿韧性的方法。这些努力包括《科学》杂志上的两篇最新论文,其中报道了不同类型的表面处理,这些表面处理有助于在阳光下稳定钙钛矿。

  草酸盐钝化

  黄劲松与美国北卡罗来纳大学教堂山分校的杨爽和陈尚尚,美国内布拉斯加州林肯大学以及美国和意大利的同事将注意力集中在有机-无机杂化卤化铅钙钛矿上,包括CsFAMA和MAPbI 3,其中FA是甲ami ,MA是甲基铵。

  Huang告诉《物理学世界》,他描述了他们最初是如何考虑使用硫酸根离子钝化那些既抑制功率转换效率又促进退化的缺陷的,他说:“这不是设计实验。” “但是,我们在这项研究中发现了一些有趣的现象,表明这些“钝化离子”与我们过去五年研究的许多其他钝化分子不同。”他们发现这些离子与钙钛矿反应形成白色产物,仍然不溶于许多溶剂。通过揭示形成的产物背后的反应和机理,他们证明了其作为覆盖层的有效用途。

  它们形成的含铅的铅盐层与钙钛矿表面牢固结合,并保护其免受环境大气和光照条件下刺激的有害影响。经过对器件性能和钙钛矿表面活化能的广泛研究,Huang和同事得出结论,强键固定了表面缺陷(如空位),从而抑制了离子迁移。结果,CsFAMA钙钛矿的太阳能电池效率提高至21.1%,而对照组为19.16%,并且在模拟空气质量(AM)1.5 G辐照下以最大功率运行后,太阳能电池的效率保持了初始效率的96.8%。在65°C 1200小时。相比之下,仅测试474小时后,控制设备的效率就从18.2%下降至8.54%。

  无机钙钛矿变成有机

  来自中国,瑞士和日本的研究人员的合作将他们的工作重点放在了CsPbI 3上。赵益新在上海交通大学,易卜拉欣达累斯萨拉姆和迈克尔格莱才尔在洛桑联邦理工学院(EPFL)在瑞士和亚兵齐在科学冲绳研究所和日本技术研究生院领导的项目。

  无机铅钙钛矿的功率转换效率约为15%,低于其无机-有机杂化钙钛矿的功率转换效率,这主要是由于带隙较大。尽管CsPbI 3的能带隙更有前景,但它的不稳定性不是。然而,Zhao,Grätzel,Qi和Dar及其同事通过简单的溶液化学沉积,能够生长出稳定的CsPbI 3,其晶体结构被描述为β-CsPbI 3。然后,他们用碘化胆碱(CHI)包裹钙钛矿,在此CsPbI 3是纯无机的事实具有优势。

  Zhao解释说:“ CHI可以穿透CsPbI 3膜,因为CHI不会与CsPbI 3反应,但可能与钙钛矿杂化反应。” “此外,CHI不仅可以钝化缺陷,而且可以改变器件中的能带排列。”最终结果是在环境条件下,钙钛矿型太阳能电池在45±5°C时具有高可重复性和稳定的效率,达到18.4%。

  更接近商业稳定性?

  Huang说:“含氧盐包裹的钙钛矿太阳能电池比我们过去稳定得多。”尽管他强调了需要做的进一步工作,例如更长的测试时间。他们的测试期限被限制为两个月,并且加速测试的使用还存在其他问题,因为加速测试的工业标准全部针对硅太阳能电池。“钙钛矿太阳能电池尚无标准,因此仍很难比较,但我们可以肯定钙钛矿太阳能电池的稳定性仍远远落后于硅太阳能电池。”

  评论这项工作的马丁·格林(Martin Green) 是悉尼新南威尔士大学的科学教授,也是澳大利亚先进光伏中心的主任,他没有参与这些最新研究,但在太阳能电池研究方面拥有40多年的经验–他说:“正如作者所说,该论文确实报道了一种钙钛矿装置,是“最稳定的报道之一”。”但是,他补充说,黄和同事引用的数字对应于该领域照明约8个月,表明仅光暴露每年的降解率就超过4%。

  绿色突出显示了当前模块保修的规格,通常是第一年的退化率低于2-3%,然后在接下来的25-30年中,由于各种原因而导致的退化率每年低于(0.5-0.7)%。补充说:“即使这种设备是迄今为止报道的最佳钙钛矿结果之一,也远远低于商业产品所预期的稳定性,而在单独测试中,仅在电池会在现场看到的一种应力下进行测试。这些钙钛矿对所有其他应力的敏感性要比硅高得多。”

  至于CHI钝化的无机钙钛矿太阳能电池,效率的提高令人印象深刻,该技术也指向稳定性方面的进步。然而,尽管该器件在240小时连续照明下可保持95%的功率转换效率,但与含氧盐封装的电池相比,它还远远落后于商用太阳能电池提供商所能提供的降解速率。

  赵还评论了报道的两个太阳能电池中铅含量的可能问题。铅的毒性对于大规模应用而言将是一个问题,但是可以通过某些控制来解决,就像铅酸电池一样。当然,将来我们也应该尝试开发一些用于光伏的低铅甚至无铅钙钛矿。”

  外表

  尽管他们的报告宣称取得了成就,但两篇论文背后的研究人员仍在迅速突出突出的挑战。赵认为,未来的工作将推动其无机钙钛矿太阳能电池的效率进一步提高。至于黄,他指出,显然需要进一步增强其细胞的稳定性而不损害效率。“更重要的是,我们需要将实验室规模的过程转移到工业规模的制造过程。”

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