科学家开发出可提高太阳能电池效率的透明电极
一个国际科学家团队表示，开发新的超薄金属电极使研究人员能够制造出高效的半透明钙钛矿太阳能电池，并且可以与传统的硅电池相结合，从而大大提高两种设备的性能。该研究代表了朝着开发完全透明的太阳能电池迈出的一步。
宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程助理研究教授、该研究的合著者王凯说：“透明太阳能电池有一天可以在家庭和办公楼的窗户上找到一席之地，利用原本会被浪费掉的阳光发电。” .“这是一大步——我们终于成功制造出高效、半透明的太阳能电池。”
传统的太阳能电池是由硅制成的，但科学家们相信，在制造更高效太阳能电池的过程中，他们正在接近技术的极限。科学家们说，钙钛矿电池提供了一种很有前景的替代方案，将它们堆叠在传统电池之上可以创建更高效的串联设备。
“我们已经证明我们可以用非常薄的、几乎只有几个原子层的金来制造电极，”宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程系研究副总裁兼教授 Shashank Priya 说。“薄金层具有高导电性，同时它不会干扰电池吸收阳光的能力。”
该团队开发的钙钛矿太阳能电池实现了 19.8% 的效率，创下了半透明电池的记录。当与传统的硅太阳能电池结合时，串联装置实现了 28.3% 的效率，高于单独使用硅电池时的 23.3%。科学家们在《纳米能源》杂志上报告了他们的发现。
“效率提高 5% 是巨大的，”Priya 说。“这基本上意味着每平方米的太阳能电池材料可以多转换约 50 瓦的阳光。太阳能农场可以由数千个模块组成，因此可以产生大量电力，这是一个重大突破。”
科学家们表示，在之前的研究中，超薄金膜显示出作为钙钛矿太阳能电池透明电极的前景，但形成均匀层的问题导致导电性较差。
研究小组发现，用作种子层的铬允许金在顶部形成具有良好导电性能的连续超薄层。
宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程助理研究教授杨东说：“通常情况下，如果你生长出一层薄薄的像金一样的东西，纳米粒子会像小岛一样耦合在一起并聚集在一起。”“铬具有很大的表面能，为金在上面生长提供了良好的场所，它实际上允许金形成连续的薄膜。”
钙钛矿太阳能电池由五层和其他材料组成，被测试为透明电极损坏或退化的电池层。科学家们说，用金电极制成的太阳能电池在实验室测试中很稳定，并且随着时间的推移保持高效率。
“基于透明电极的串联电池结构设计的这一突破为向钙钛矿和串联太阳能电池的过渡提供了有效途径，”杨说。
宾夕法尼亚州立大学的博士后学者 Tao Ye 和 Jungjin Yoon 也为这项研究做出了贡献;还有博士生侯雨辰。
Xiaorong Zhang，陕西师范大学，中国;刘胜中，中国科学院;中国湖北大学吴从聪;美国陆军作战能力发展司令部的 Mohan Sanghadasa 也参与了这项研究。
海军研究办公室、陆军快速创新基金和空军科学研究办公室为这项研究提供了资金。
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2021-06-04
