一种工业上可行的硅基太阳能电池的竞争对手正在开发中

时间：2021-06-07 16:05:55 来源：

金泽大学领导的研究人员助理教授 Md. Shahiduzzaman 和 Tetsuya Taima 教授与东海大学、香港理工大学(香港)、早稻田大学、马来西亚国立大学(马来西亚)和斯坦福大学(美国)合作开发一种钙钛矿太阳能电池，可优化光耦合、光捕获和其他基本特性，以实现最大的能量转换效率。随着进一步的发展，他们的设计——与工业生产兼容——可能会超过商业硅基太阳能电池的性能。

太阳能电池是极好的可再生能源工具，它利用阳光来驱动电流来发电。自 1980 年代以来，它们就被用于为家庭供电，从那时起，它们的性能和生产成本得到了显着提高。最常见的基于硅的太阳能电池可以长期正常工作。即使在 25 年后，它们仍能保留 80% 以上的功能。然而，商业规模的硅太阳能电池的效率——即有多少入射的阳光被转化为电能——目前只有 20% 左右。

与化石燃料相比，最大限度地提高太阳能电池的能量转换效率将提高它们的竞争力，并有助于优化它们作为可持续能源。研究人员集中精力研究硅的替代品：钙钛矿材料，以提高太阳能电池的效率。基于此类材料的设计必须满足某些要求，例如易于大规模制造，并最大限度地减少反射(即浪费)光。

在最近发表在Nano-Micro Letters 上的一项研究中，金泽大学的研究人员在钙钛矿太阳能电池上应用了一层薄金属氧化物膜——可重复、均匀且紧凑。研究人员结合实验室工作和计算研究来公平地评估他们的太阳能电池设计性能。

“我们使用喷雾热解将二氧化钛的前接触层沉积到钙钛矿太阳能电池上，”主要作者兼通讯作者 Md. Shahiduzzaman 解释说。“这种沉积技术在行业中很常见，可用于大规模应用。”

在找到前接触层的最佳厚度后，研究人员测量了 16.6% 的能量转换效率，假设是典型的阳光条件。如前所述，这不如商用硅基太阳能电池好。然而，电磁模拟是通过优化特定参数来预测可能的能量转换效率极限的强大工具。

“计算模拟表明，通过多层正面接触，钙钛矿/钙钛矿串联太阳能电池的能量转换效率可以超过 30%，”主要作者兼通讯作者 Md. Shahiduzzaman 说。“这接近硅基太阳能电池的理论效率极限。”

其他挑战依然存在。例如，必须明确证明研究人员的太阳能电池至少与硅基类似物一样持续运行。此外，钙钛矿太阳能电池部分基于铅，一种剧毒金属。理想情况下，应该有一个明确的设备回收协议，而不是简单且危险的处理方式。Shahiduzzaman 乐观地认为，通过集中研究可以克服这些技术挑战。

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