未来太阳能技术的游戏变更器：新的Perovskite太阳能模块，具有更大的尺寸，功率和稳定性

研究人员创造了55 cm2和1010× cm2的太阳能模×块 - 远大于1.5 x 1.5 cm2传统上的实验室，但小于商业太阳能电池板。

冲绳科技学院研究生大学（OIST）的研究人员通过使用一种减少缺陷的新制造技术，创造了佩洛斯库特太阳能模块，具有改善的稳定性和效率。他们的调查结果于1月2021年1月25日出版，以先进的能源材料。

Perovskites是下一代太阳能技术最有前途的材料之一，从十年内略微突出3.8％至25.5％的效率。Perovskite太阳能电池生产廉价，具有柔韧性，提高了它们的多功能性。但两个障碍仍然阻碍了商业化的方式：他们缺乏长期稳定性和困难的升级。

“Perovskite材料是脆弱的，容易分解，这意味着太阳能电池在长期以来努力保持高效率，”首次作者博士译世者博士博士，由教授领导的职业技术和地表科学部门的博士后学者yabing qi。“虽然小型钙钛矿太阳能电池具有高效率并表现几乎以及硅对手，但一旦缩小到较大的太阳能模块，效率下降。”

在功能性太阳能器件中，钙钛矿层位于中心，夹在两个运输层和两个电极之间。随着活性钙钛矿层吸收太阳光，它产生电荷载体，然后通过传输层流到电极并产生电流。

然而，普遍植入钙钛矿晶粒之间的蠕动层和缺陷的针孔可以破坏从钙钛矿层到运输层的电荷载体的流动，降低效率。湿度和氧气也可以开始降解这些缺陷部位的钙钛矿层，缩短装置的寿命。

Perovskite太阳能电池设备需要多个层次。活性钙钛矿层吸收阳光并产生电荷载体。运输层将电荷载流子传送到电极，释放电流。活性钙钛矿层由许多晶粒形成。这些颗粒之间的边界和钙钛矿膜中的其他缺陷，例如针孔，降低太阳能器件的效率和寿命。

“缩放挑战是具有挑战性的，因为随着模块的尺寸的增加，产生均匀的钙钛矿层更难，这些缺陷变得更加明显，”佟博士解释说。“我们想找到一种制造解决这些问题的大模块的方法。”

目前，生产的大多数太阳能电池具有薄钙钛矿层 - 仅厚度为500纳米。理论上，薄钙钛矿层提高了效率，因为电荷载体具有较低距离行驶的距离以到达上方和下方的运输层。但是，在制造较大的模块时，研究人员发现薄膜经常开发更多的缺陷和针孔。

因此，研究人员选择制成5×5cm2和10×10cm2的太阳能模块，其含有双倍厚度的钙钛矿薄膜。

来自OIST能源材料和地表科学的科学家们在动作，推动了风扇和玩具车的佩罗夫斯基特太阳能模块上展示了佩洛夫斯基钛矿太阳能模块。

然而，使较厚的钙钛矿电影随着自己的一系列挑战而来。Perovskites是一类材料，通常通过将许多化合物作为溶液而使它们在一起而形成，然后允许它们结晶。

然而，科学家们努力溶解足够高的铅碘 - 用于形成钙钛矿的前体材料之一 - 对于较厚的薄膜所需的一种。他们还发现结晶步骤快速且无法控制，因此厚膜含有许多小颗粒，具有更多的晶界。

因此，研究人员加入氯化铵以增加铅碘的溶解度。这也允许铅​​碘在有机溶剂中更均匀地溶解，导致具有更大粒度和更少的缺陷的更均匀的钙钛矿膜。后来从钙钛矿溶液中除去氨，降低钙钛矿膜内的杂质水平。

通过加入氯化铵，所得钙钛矿薄膜具有更大的粒度较大的粒度，降低了晶界的数量。

总的来说，太阳能模块大小的5×5cm 2显示出14.55％的效率，从氯化铵的模块中的13.06％上升，并且能够在两个月内工作1600小时 - 超过80％的效率。

较大的10×10cm2模块的效率为10.25％，持续高出1100小时，或近46天余量。

“这是据报道这种尺寸的佩罗夫斯基特太阳能模块的第一次是真正令人兴奋的终身测量的第一次，”童博士说。

这项工作得到了卫生技术开发和创新中心的概念验证计划的支持。这些结果是寻求生产商业大小的太阳能模块的前进的有希望的步骤，以效率和稳定性地匹配它们的硅对手。

在其研究的下一阶段，团队计划通过使用基于蒸气的方法来制造Perovskite太阳能模块来进一步优化它们的技术，而不是通过使用解决方案，并且现在试图缩放高达15×15cm2的模块。

“从实验室大小的太阳能电池到5 x 5 cm2太阳能模块很难。跳到10×10cm2的太阳能模块甚至更难。并前往15 x 15 cm2的太阳能模块仍然更加困难，“童博士说。“但该团队期待着挑战。”

参考：“可扩展制造> 90cm2佩洛夫太阳能模块，基于中期阶段策略的稳定性稳定性”由大庆塘，大勇儿子，路易斯·奥诺，玉强刘，延强胡，惠章，李汉·贾申岛，龙龙邱，宗豪刘和雅明琪，1921年1月25日，先进的能源材料.DOI：
10.1002 / AENM.202003712