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利用太阳能发电的进展

工程技术利用太阳能发电的进展

研究描述了一种新型全钙钛矿串联太阳能电池,该电池有可能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。 太阳能在造福人类和环境方面的优势因素对促进太阳能的利用起到了关键作用。

硅是常用的制造材料 太阳的 内的细胞 太阳能板 今天在市场上可以买到。 太阳能电池的光伏过程无需额外使用任何燃料即可将阳光转化为电能。 几十年来,由于制造和技术的进步,硅太阳能电池板的设计和效率得到了显着提高。 太阳能电池的光伏效率被定义为太阳光形式的能量中可以转化为电能的部分。 光伏效率和总成本是当今太阳能电池板的两个主要限制因素。

除了硅太阳能电池外,还提供串联太阳能电池,其中使用了针对太阳光谱的每个部分进行优化的特定电池,从而提高了整体效率。 一种叫做钙钛矿的材料被认为比硅更好地吸收来自太阳光(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(通常是甲基铵三卤化铅(CH3NH3PbX3,其中 X 是碘、溴或氯原子)。钙钛矿很容易加工成吸收阳光的层。早期的研究已经将硅和钙钛矿组合成太阳能电池,即在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效率高达 3% 的全钙钛矿串联太阳能电池。 这种材料被称为铅锡混合低带隙钙钛矿薄膜((FASnI0.6)3 MAPbI0.4)18; FA 代表甲脒,MA 代表甲基铵)。 锡的缺点是与空气中的氧气反应会在晶格中产生缺陷,这会破坏太阳能电池中电荷的运动,从而限制电池的效率。 研究人员发现了一种防止钙钛矿中的锡与氧气反应的方法。 他们使用一种称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。 复合硫氰酸胍覆盖太阳能吸收膜中的钙钛矿微晶,从而防止氧气进入内部与锡反应。 这种直接方式将太阳能电池的效率从 20% 提高到 25%。 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时,效率进一步提高到 XNUMX%。

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

赛欧团队
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