據(jù)物理學家組織網(wǎng)1月8日(北京時間)報道，美國諾特丹大學的科學家日前發(fā)現(xiàn)一種廉價的無機材料，能夠取代鈣鈦礦太陽能電池中昂貴的有機空穴導體，讓這種高效的太陽能電池更加便宜。相關論文發(fā)表在《美國化學學會會刊》上。
鈣鈦礦太陽能電池是當今最有前途的幾種光伏技術之一，其理論轉化效率最高可達50%，為目前市場上太陽能電池轉化效率的兩倍，能大幅降低太陽能電池的使用成本。雖然鈣鈦礦材料相對便宜，但用其制造太陽能電池還需要用到一種名為spiro-OMeTAD的有機空穴導電聚合物，其市場價格是黃金的10倍以上。
新研究中，美國諾特丹大學的杰佛瑞·克里斯、雷蒙德·豐和普拉什特·卡瑪特發(fā)現(xiàn)用碘化銅制成的無機空穴導電材料可以替代spiro-OMeTAD。
克里斯說：“新發(fā)現(xiàn)的無機空穴導電材料比以往的可替代材料都便宜得多，有望進一步降低這種太陽能電池的制造成本。”
鈣鈦礦是一類具有特定晶體結構的材料，對太陽能電池的制造而言，這種結構具有天然優(yōu)勢：較高的電荷載體遷移率和較好的光線擴散性能，使光電轉換過程中的能量損失極低。雖然碘化銅能夠充當鈣鈦礦太陽能電池中的空穴導體現(xiàn)在才被證明，但銅系導體之前就被認為能夠在染料敏化太陽能電池和量子點太陽能電池中充當重要角色，而最具吸引力的是它們優(yōu)良的導電性能。碘化銅導體的導電率比spiro-OMeTAD高兩個數(shù)量級，這使其能達到更高的填充系數(shù)，也決定了用其制成的太陽能電池具有更大的功率。但目前的研究結果表明，包含碘化銅的鈣鈦礦太陽能電池，在轉化效率上暫時不及原有技術。研究人員認為這可能與其較低的電壓相關。這一點未來有望通過降低其較高的重組率來彌補。
研究人員發(fā)現(xiàn)，碘化銅太陽能電池還表現(xiàn)出一個優(yōu)勢，就是其良好的穩(wěn)定性。實驗結果顯示，經(jīng)過兩小時的連續(xù)光照后，碘化銅太陽能電池的電流絲毫沒有降低，而spiro-OMeTAD太陽能電池所產(chǎn)生的電流則下降了10%。這一點對太陽能電池而言至關重要。克里斯說，下一步他們將對實驗步驟進行優(yōu)化，以使其實現(xiàn)更高的轉化效率。
總編輯圈點
廉價與高效，太陽能電池產(chǎn)業(yè)要提高其在能源結構中的比重，就必須同時滿足這兩個條件，而答案就是新材料。本研究又是一個讓業(yè)界興奮的發(fā)現(xiàn)，成本降低意味著商業(yè)化藍圖的膨脹。但這很可能不是終極方案，畢竟鈣鈦礦太陽能電池只用了4年時間，就將有效轉換率從3.8%提升到現(xiàn)有水平，我們還有更多的已知和未知的材料可以試驗，也還有更多的想象空間。
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