新型過氧化物，降低太陽能電池成本,使其更輕便、靈活！2021-07-19 08:12
雖然世界上許多地方的太陽能發(fā)電成本,開始與化石燃料發(fā)電價格持平,但太陽能資源仍只占世界電力總量的一小部分。因此,將太陽光轉(zhuǎn)換為電能或光伏電池,在全球太陽能發(fā)電方面擁有巨大潛力。但是,目前市場上的太陽能電池大多使用的是硅,與傳統(tǒng)的電源相比,其制造成本更加高昂。
近日,沖繩科技大學研究人員開發(fā)了一種高效率的過氧化物,其不僅能夠有效降低太陽能電池成本,而且能使電池更輕便、更靈活。
在金屬鹵化過氧化物中,有一種必要的結晶粉末,叫做FAPbI3,它可以形成金屬鹵化過氧化物的吸收層。之前,該吸收層需要通過結合PbI2和FAI兩種材料來制造,由此發(fā)生反應產(chǎn)生FAPbI3。但這種方法往往容易導致一種或兩種原材料殘留。在一定程度上,就會阻礙太陽能電池的效率。
針對這一短板,研究人員使用工程方法將粉末轉(zhuǎn)化為結晶粉末。原材料PbI2參與其中,但增加了將混合物加熱到90攝氏度,仔細溶解并過濾掉所有殘留物這一步驟。這可以使得所產(chǎn)生的粉末質(zhì)量更高,結構更完美。
此外,這道步驟還能使過氧化物的穩(wěn)定性在不同的溫度下有所提高。當過氧化物的吸收層從原始反應中形成時,它可以在高溫下保持穩(wěn)定。然而,在室溫下,它就會從棕色變成黃色,這對于吸收光線來說并不理想。但增加了這一工序后,就算在在室溫下,其也是棕色的。
通常情況下,典型的硅基太陽能電池板效率集中在20%到22%區(qū)間。之前,研究人員創(chuàng)造過效率超過25%的過氧化物基太陽能電池,但是,要將這些新的太陽能電池移出實驗室,是個挑戰(zhàn)。
一般情況下,實驗室規(guī)模的太陽能電池都很小,每個電池的尺寸大約只有0．1平方厘米。大多數(shù)研究人員專注于這些尺寸,因為它們更容易創(chuàng)建。但就應用層面而言,現(xiàn)實中所需要的太陽能模塊體積要大得多。
另外,太陽能電池的壽命也是值得注意的方面。雖然之前的太陽能電池已經(jīng)達到了25%的效率,但其壽命最多只有幾千小時。在這之后,電池的效率就會下降。
該研究中使用的合成結晶的過氧化物粉末,在太陽能電池的制造中不但實現(xiàn)了超過23%的轉(zhuǎn)換效率,而且壽命超過了2000小時。甚至當他們擴大到5x5cm2的太陽能模塊,依然可以取得超過14%的效率。
總的來說,該研究創(chuàng)造了一種相對較新的材料——金屬鹵化過氧化物。當其處于太陽能電池的中心時,過氧化物的晶體結構能將光轉(zhuǎn)換為電,且成本比硅低得多。此外,基于過氧化物的太陽能電池可以使用剛性和柔性基材來制造,除了價格更加低廉之外,它們還更輕便、更靈活。
近日,沖繩科技大學研究人員開發(fā)了一種高效率的過氧化物,其不僅能夠有效降低太陽能電池成本,而且能使電池更輕便、更靈活。
在金屬鹵化過氧化物中,有一種必要的結晶粉末,叫做FAPbI3,它可以形成金屬鹵化過氧化物的吸收層。之前,該吸收層需要通過結合PbI2和FAI兩種材料來制造,由此發(fā)生反應產(chǎn)生FAPbI3。但這種方法往往容易導致一種或兩種原材料殘留。在一定程度上,就會阻礙太陽能電池的效率。
針對這一短板,研究人員使用工程方法將粉末轉(zhuǎn)化為結晶粉末。原材料PbI2參與其中,但增加了將混合物加熱到90攝氏度,仔細溶解并過濾掉所有殘留物這一步驟。這可以使得所產(chǎn)生的粉末質(zhì)量更高,結構更完美。
此外,這道步驟還能使過氧化物的穩(wěn)定性在不同的溫度下有所提高。當過氧化物的吸收層從原始反應中形成時,它可以在高溫下保持穩(wěn)定。然而,在室溫下,它就會從棕色變成黃色,這對于吸收光線來說并不理想。但增加了這一工序后,就算在在室溫下,其也是棕色的。
通常情況下,典型的硅基太陽能電池板效率集中在20%到22%區(qū)間。之前,研究人員創(chuàng)造過效率超過25%的過氧化物基太陽能電池,但是,要將這些新的太陽能電池移出實驗室,是個挑戰(zhàn)。
一般情況下,實驗室規(guī)模的太陽能電池都很小,每個電池的尺寸大約只有0．1平方厘米。大多數(shù)研究人員專注于這些尺寸,因為它們更容易創(chuàng)建。但就應用層面而言,現(xiàn)實中所需要的太陽能模塊體積要大得多。
另外,太陽能電池的壽命也是值得注意的方面。雖然之前的太陽能電池已經(jīng)達到了25%的效率,但其壽命最多只有幾千小時。在這之后,電池的效率就會下降。
該研究中使用的合成結晶的過氧化物粉末,在太陽能電池的制造中不但實現(xiàn)了超過23%的轉(zhuǎn)換效率,而且壽命超過了2000小時。甚至當他們擴大到5x5cm2的太陽能模塊,依然可以取得超過14%的效率。
總的來說,該研究創(chuàng)造了一種相對較新的材料——金屬鹵化過氧化物。當其處于太陽能電池的中心時,過氧化物的晶體結構能將光轉(zhuǎn)換為電,且成本比硅低得多。此外,基于過氧化物的太陽能電池可以使用剛性和柔性基材來制造,除了價格更加低廉之外,它們還更輕便、更靈活。
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