具有稳定性和效率的太阳能技术将改变太阳能产业

用钙钛矿材料制成的太阳能组件获得了动力，从而改变了太阳能技术产业。

冲绳科技大学研究生院(OIST)的研究人员创造了具有高效率和良好稳定性的下一代太阳能组件。这些太阳能电池组件使用一种叫做钙钛矿的材料制成，可以保持超过2000小时的高性能。他们的研究结果，今天报告(七月二十日，2020年)在著名的杂志，自然能源使商业化前景更加光明。

钙钛矿具有革新太阳能技术产业的潜力。与目前在市场上占据主导地位的重型和刚性硅基电池相比，它们具有灵活性和轻便性，它们具有更大的多功能性。但是，在钙钛矿可以商业化之前，科学家必须克服一些主要的障碍。

负责这项研究的OIST能源材料与表面科学部门负责人Qi Yabing Qi教授说：“钙钛矿必须满足三个条件：它们必须廉价生产，高效且使用寿命长。”

钙钛矿太阳能电池和模块由许多层组成，每层都有特定的功能。科学家添加或修改了以橙色突出显示的图层。信用：OIST

钙钛矿型太阳能电池的制造成本低廉，因为廉价的原材料所需的能源很少。在短短十年间，科学家在改善钙钛矿型太阳能电池将太阳光转化为电能的效率方面取得了长足进步，其效率水平现已与硅基太阳能电池相当。

但是，一旦从微小的太阳能电池扩展到更大的太阳能电池组件，钙钛矿的效率水平就会直线下降。这是有问题的，因为商业太阳能技术需要在几英尺长的太阳能电池板尺寸上保持高效。

“扩大规模要求很高;该材料的任何缺陷都会变得更加明显，因此您需要高质量的材料和更好的制造技术，”该研究的合著者Luis Ono博士解释说。

钙钛矿的不稳定性是正在深入研究中的另一个关键问题。商用太阳能电池需要能够承受多年的运行，但目前钙钛矿型太阳能电池的降解速度很快。

建立层次

齐教授的团队在OIST技术开发和创新中心的概念验证计划的支持下，使用一种新方法解决了这些稳定性和效率问题。钙钛矿型太阳能设备由多层组成，每层都有特定的功能。他们着眼于设备的整体性能以及各层之间的交互方式，而不仅仅是关注一层。

吸收阳光的活性钙钛矿层位于设备的中心，夹在其他层之间。当光子撞击钙钛矿层时，带负电的电子会利用此能量并将其“跳变”到更高的能级，从而留下带正电的“空穴”，这些空穴以前是电子所处的位置。这些电荷然后沿相反的方向转移到有源层上方和下方的电子和空穴传输层中。这会产生电荷或电流，可以通过电极离开太阳能设备。该设备还被保护层封装，该保护层可减少降解并防止有毒化学物质泄漏到环境中。

在这项研究中，科学家们使用了22.4平方厘米的太阳能电池组件。

科学家首先在两层之间添加了一种称为EDTAK的化学物质，从而改善了钙钛矿活性层与电子传输层之间的界面。他们发现，EDTAK阻止了氧化锡电子传输层与钙钛矿活性层反应，从而提高了太阳能电池组件的稳定性。

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