《香港研发有机框架钙钛矿太阳能电池 效率高达22.02%》

  • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2020-10-01
  •  香港城市大学的科学家开发了一种基于2D共轭金属有机框架的钙钛矿太阳能电池,该框架在钙钛矿和阴极之间的界面起着电子提取层的作用。
      香港城市大学的研究人员声称已开发出一种更稳定,更高效的全无机钙钛矿太阳能电池,经认证的效率为15.6%。据科学家称,该设备是迄今为止开发出的最高效的全无机钙钛矿倒置电池。
      研究人员声称,他们的设备是第一个钙钛矿电池,提供良好的长期稳定性和高功率转换效率的同时,他们还表示,它还提供减少铅泄漏。
      城市大学小组说,金属有机骨架(MOF)材料以前已经在钙钛矿的研究中使用,但重点是使用它们钝化钙钛矿本身的缺陷。
      香港集团用一个以硫醇基团为主要功能的二维结构取代了易受低电荷载体迁移率影响的三维金属有机框架。这些基团由一个硫原子和两个孤对组成,与氢结合,这种结构被用作界面修饰剂,以提高钙钛矿太阳能电池的性能和稳定性。
      在评论硫醇组时,城市大学的团队说:“它们拥有合适的能量水平,使它们成为电子提取层,电子最终被钙钛矿太阳能电池的电极收集。我们的分子工程MOFs具有多功能半导体的特性,可用于提高电荷提取效率。” 
      城市大学的太阳能电池效率为22.02%,填充系数为81.28%,开路电压为1.2 v。学者们表示:“转换效率和开路电压都是平面反向钙钛矿太阳能电池中最高的。” 
      据说,该设备在加速测试条件下,在85摄氏度下,在最大功率点跟踪1000小时,可以保持90%以上的初始效率。
      科学家认为他们的电池比其他钙钛矿设备遭受的铅泄漏更少。研究表明,MOF用作PVSC(钙钛矿太阳能电池)装置的外层,可从降解的钙钛矿中捕获超过80%的泄漏铅离子,并形成不会污染土壤的水不溶性复合物。

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    • 钙钛矿太阳能电池于2009年正式问世,但转换效率仅3.8%。学界对钙钛矿电池一直抱有高度兴趣,香港理工大学(理大)日前发表超高效钙钛矿/单晶硅层叠太阳能电池,转换效率可达25.5%,写下新的全球纪录。 钙钛矿太阳能电池被视为高效太阳能电池的潜力技术。钙钛矿具有优越的光伏功效,因此在学界一直是热门的研究主题。理大电子及信息工程学系徐星全教授领军一支科研团队,透过新技术研发出转换效率25.5%的高效钙钛矿/单晶硅层叠太阳能电池,可将太阳能电池的成本从现行硅基电池的每瓦3.9港元大幅降低到每瓦2.73港元。 理大科研团队解释,太阳能光谱由各种不同的能量波段组成,因此结合多种光伏材料来制造太阳能电池,就能吸收不同波段的阳光,增加电池片整体阳光吸收量,并提升发电量。钙钛矿/硅层叠电池的原理即是透过多种材料层叠的方式弥补对方的不足,由钙钛矿材料吸收短波段光子、底层的硅材料则吸收较长波段的光子,创造出转换效率更高的太阳能电池。 在技术面上,理大科研团队的高效钙钛矿/单晶硅层叠电池技术有三: 第一,透过氧低温钝化程序的化学反应来减少钙钛矿材料缺陷的影响。 第二,团队研发可用于钙钛矿电池的高透明三氧化钼/金/三氧化钼叠层电极,并将此电极设定至最佳厚度提高电极对长波段光子的透明度,让更多光能量进入钙钛矿电池底层的硅晶电池中。 第三,研发仿生花瓣限光薄膜,并将其“吸附”于电池表面,捕捉更多光线。该薄膜由理大纺织及制衣学系的博士郑子剑研发,纹理仿制玫瑰花瓣。 此外,本次所采用的底层硅晶电池之设计与制造者是中山大学、顺德中山大学太阳能研究院沈辉教授与其团队。理大科研团队表示将继续努力提升钙钛矿/硅层叠太阳能电池的转换效率,并研发更大面积的电池。 (照片来源:香港理工大学)
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