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利用太阳能发电的进展

研究描述了一种新型的全钙钛矿串联结构 太阳的 电池有潜力提供廉价且更有效的方式来利用太阳能发电

我们对不可再生资源的依赖 能源 煤炭、石油、天然气等化石燃料对人类和环境产生了巨大的负面影响。 燃烧化石燃料会加剧温室效应,导致全球变暖,破坏栖息地,造成空气、水和土地污染,并影响公众健康。 迫切需要建立可持续的技术,这有助于 功率 世界使用清洁能源。 太阳能 技术就是这样一种方法,它能够利用太阳光(最丰富的可再生能源)并将其转化为电能或电力。的有利因素 太阳的 能源在造福人类和环境方面在促进能源利用方面发挥了关键作用 太阳的 能源。

硅是常用的制造材料 太阳的 内的细胞 太阳能板 今天市场上有售。光伏发电过程 太阳的 电池可以将阳光转化为电能,无需额外使用任何燃料。硅的设计和效率 太阳的 由于制造和技术的进步,面板在过去几十年中得到了显着改进。光伏发电效率 太阳的 电池被定义为以阳光形式存在且可以转化为电能的能量部分。光伏效率和总体成本是光伏发电的两个主要限制因素 太阳的 今天的面板。

除了硅 太阳的 细胞,串联 太阳的 还提供使用特定电池的电池,这些电池针对太阳光谱的每个部分进行了优化,从而提高了整体效率。一种称为钙钛矿的材料被认为比硅更能吸收来自太阳光(即太阳光谱的另一部分)的高能蓝色光子。钙钛矿是多晶材料(一般是甲基铵三卤化铅(CH3NH3PbX3,其中X是碘、溴或氯原子)。钙钛矿很容易加工成吸收太阳光的层。早期的研究已将硅和钙钛矿结合成太阳能电池,即在硅电池上安装硅电池。顶部可以与钙钛矿电池一起吸收黄色、红色和近红外光子,从而使发电量几乎翻倍。

在发表于 科学 3 月 25 日,研究人员首次开发出全钙钛矿串联太阳能电池,其效率高达 3%。这种材料称为铅锡混合低带隙钙钛矿薄膜((FASnI0.6)3 MAPbI0.4)XNUMX; FA 表示甲脒,MA 表示甲基铵)。锡的缺点是会与空气中的氧气发生反应,在晶格中产生缺陷,从而破坏锡中电荷的运动。 太阳的 电池从而限制了电池的效率。研究人员找到了一种防止钙钛矿中的锡与氧发生反应的方法。他们使用一种名为硫氰酸胍的化合物来显着改善铅锡混合低带隙钙钛矿薄膜的结构和光电性能。化合物硫氰酸胍涂覆在钙钛矿微晶上 太阳的 吸收膜,从而防止氧气进入内部与锡发生反应。这直接将太阳能电池的效率从 18% 提高到 20%。此外,当这种新材料与传统使用的高吸收钙钛矿顶部层结合使用时,效率进一步提高至 25%。

目前的研究首次描述了使用所有钙钛矿薄膜的串联太阳能电池的设计,这项技术有朝一日可以取代太阳能电池中的硅。 与硅和硅钙钛矿串联电池相比,这种新材料质量高、价格便宜、制造更简单、成本低。 与硅相比,钙钛矿是人造材料,基于钙钛矿的太阳能电池板柔韧、轻便且半透明。 尽管目前的材料需要一段时间才能超过硅钙钛矿技术的效率。 尽管如此,基于钙钛矿的多晶薄膜具有设计串联太阳能电池的潜力,该电池可以提供高达 30% 的效率,同时保持其他因素不受阻碍。 需要进一步研究使材料更坚固、更稳定且可回收,以减少对环境的影响。 太阳能行业是增长最快的行业之一,其最终目标是发现一种有前景的清洁能源替代品。

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{您可以通过单击下面引用来源列表中给出的 DOI 链接来阅读原始研究论文}

来源(S)

Tong J. 等。 2019 年 Sn-Pb 钙钛矿中载流子寿命 >1 μs,可实现高效的全钙钛矿串联太阳能电池。 科学,364 (6439)。 https://doi.org/10.1126/science.aav7911

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