下一代钙钛矿太阳能电池可以散热，保持高效率

爱荷华州立大学的工程师在他们的研究实验室中制造了这种概念验证的钙钛矿型太阳能电池。

具有其晶体结构和有希望的光电特性的钙钛矿可能是制造下一代低成本，高效，轻便和柔性太阳能电池的有效成分。

爱荷华州立大学安森·马斯顿杰出工程学教授，托马斯·惠特尼电气与计算机工程学教授，美国爱荷华州立大学的维克拉姆·达拉尔（Vikram Dalal）表示，当前一代的硅太阳能电池存在的问题是它们将太阳能转换为电能的效率相对较低。爱荷华州立大学微电子研究中心主任。

实验室中最好的硅太阳能电池的效率约为26％，而商用电池的效率约为15％。这意味着要产生给定的电量，必须使用更大的系统，而更大的系统意味着更高的成本。

研究人员正在寻找提高效率和降低成本的新方法。可以将效率提高多达50％的一个想法是一种串联结构，该结构将两种类型的电池彼此堆叠，每种电池使用太阳光谱的不同互补部分来发电。

钙钛矿的承诺，问题

研究人员最近开始将有机-无机钙钛矿杂化材料作为硅电池的良好串联合作伙伴。钙钛矿型催化剂的效率接近25％，具有互补的带隙，可以非常薄（仅百万分之一米），并且可以轻松地沉积在硅上。

但达拉尔说，研究人员已经了解到，那些混合钙钛矿太阳能电池在暴露于高温时会破裂。

当您尝试将太阳能电池板放置在阳光充足的地方时，这就是一个问题-炎热，干燥的沙漠位于美国西南部，澳大利亚，中东和印度等地。这些地方的环境温度可能达到华氏120至130华氏度，太阳能电池温度可能达到华氏200度。

爱荷华州立大学的工程师在一个由国家科学基金会部分资助的项目中，找到了一种方法，可以利用钙钛矿的有用特性，同时在高温下稳定细胞。他们在最近由科学期刊《美国化学会应用能源材料》在线发表的一篇论文中描述了他们的发现。

该论文的第一作者Harshavardhan Gaonkar说：“这些成就有望实现钙钛矿型太阳能电池材料的商业化以及更清洁，更绿色的未来，”他最近在爱荷华州获得了电气和计算机工程博士学位，目前正在博伊西工作。 ，爱达荷州，作为安森美半导体的工程师。

调整材料

该论文的通讯作者达拉尔说，新的太阳能电池技术有两个关键发展：

首先，他说工程师对钙钛矿材料的成分进行了一些调整。

他们消除了材料中的有机成分，特别是阳离子，具有额外质子和正电荷的材料以及取代的无机材料（例如铯）。这使材料在较高的温度下稳定。

其次，他们开发了一种制造技术，一次可以将钙钛矿材料构建成一层薄薄的层-仅数十亿分之一米。这种气相沉积技术是一致的，不会留下任何污染物，并且已经在其他行业中使用，因此可以扩大规模以用于商业生产。

这些变化的结果？

“我们的钙钛矿型太阳能电池即使在200摄氏度（390华氏度）下持续三天也没有热降解，温度远高于太阳能电池在现实环境中所能承受的温度，” Gaonkar说。

然后Dalal做了一些比较和对比：“这比有机-无机钙钛矿电池要好得多，后者在此温度下会完全分解。因此，这是该领域的重大进步。”

提高绩效

该论文报道了新型的无机钙钛矿太阳能电池具有11.8％的光转换效率。这意味着工程师还有更多工作要做。

Dalal说：“我们现在正在尝试优化这种电池–我们希望使其更有效地将太阳能转化为电能。”“我们还有很多研究要做，但是我们认为可以通过使用新的材料组合来达到目标​​。”

例如，工程师用溴代替了钙钛矿材料中常见的碘。这使细胞对水分的敏感性降低，解决了标准杂化钙钛矿的另一个问题。但是，这种替代改变了电池的性能，降低了效率以及它们与硅电池串联工作的性能。

因此，调整和试验将继续。

在前进的过程中，工程师们相信他们正走在一条可靠的道路上：他们在论文中写道：“这项研究表明，与其他地方报道的相比，无机钙钛矿材料和太阳能电池在更高的温度和更长的时间范围内具有更强的热稳定性。（这些都是追求钙钛矿商业化的有希望的结果。”太阳能电池材料。

参考：Harshavardhan Gaonkar，Junhao Zhu，Ranjith Kottokkaran，Behrang Bhageri Max Noack和Vikram Dalal撰写的“热稳定，高效，气相沉积的无机钙钛矿太阳能电池”，ACS应用能源材料公司，2020年3月。
10.1021 / acsaem.0c00010

除了Vikram Dalal和Harshavardhan Gaonkar之外，研究团队还包括副科学家Max Noack； Ranjith Kottokkaran，助理科学家；朱俊浩和Behrang Bagheri，研究生。