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硅与钙钛矿联手提升太阳能电池转化效率

日期:2016-01-15

 

英国科学家发现,硅与钙钛矿联手将有神奇的功效:转化效率提高几个百分点。

短期内,硅在太阳能材料的主导地位是不会被取代的。不过不可否认,钙钛矿这种新兴材料正在取得越来越多的人的关注。它能迅速提高效率而且成本较低,其截然不同的结构赋予了独特的电性能,进而成为太阳能领域的新宠。

现在,牛津大学物理学家,同时也是钙钛矿大家Henry Snaith领导的团队证明了一件事:传统的硅电池和新兴的钙钛矿电池的结合可以将太阳能转化效率提升几个百分点。

他们认为,-钙钛矿串联设备具备将效率提高到超过25%,而现有的使用硅的商业化设备只有17-20%。虽然测量结果是在实验室环境下进行的,但研究人员相信这种制备方法最终会被采用,而它的效率将比市面上最好的硅板的还要高出一截。

由硅组成的高性能太阳能电池串联设备,在实验室中的效率已经达到了40%。但由于需要极其复杂的制备过程,这种设备非常昂贵。

 

 

Snaith的硅-钙钛矿太阳能电池制备相对简单、便宜,而且可以利用现有的硅太阳能电池生产线,只需要多加几道工序而已。大量的专家认为钙钛矿太阳能电池的商业利用短期内是必须与硅电池相结合的。

已经有部分研究团队对硅电池和钙钛矿电池串联进行了研究,不过效率受限于钙钛矿和硅的太阳能吸收光谱并不完全匹配。但调整钙钛矿的吸收光谱将导致结果不稳定进而影响性能。

Snaith和同事们提出一种方案,将材料中某些离子用铯离子取代,就可以达到理想的光伏效果,同时保持材料的结构稳定。

研究团队仅在小范围内做了试验,要想真正市场化还有很多工作要做。

团队的联合投资方是牛津光伏。其首席技术官Chris Case认为,这种研究成果说明研究人员是如何迅速地突破固有障碍,制备稳定、高性能的太阳能电池。Case拒绝透露该技术的具体细节,不过透露牛津PV已经证实全尺寸电池的效率已经接近23%,进一步可以突破25%Case坦承最近几年达到28%甚至30%是不太现实。

钙钛矿技术目前还存在一个很大问题:材料在潮湿和空气中的稳定性较差。而且钙钛矿电池在能量系统中寿命是否够长也是个问题。不过,Case透露牛津PV在朝着发布商业化产品进发,产品定位是那些想在2017年提升效率的硅板制造商。

该研究成果发表于Nature(材料人网)

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