由伦敦大学学院(UCL)科学家领导的国际研究团队开发出新型耐用太阳能电池,能高效利用室内光源发电。研究团队表示,这项突破意味着键盘、遥控器、警报器和传感器等设备或将很快摆脱电池依赖。
这种电池采用常用于户外太阳能板的钙钛矿材料。与传统硅基太阳能板不同,钙钛矿的化学成分可调整至更适应室内光特定波长,兼具室内应用潜力。但该材料晶体结构存在微观缺陷(称为"陷阱"),会导致电子在能量被利用前就被捕获,不仅阻碍电流流动,还会加速材料降解。
在《先进功能材料》期刊发表的研究中,团队通过特殊化学配方有效减少了这些缺陷。参与研究的科学家表示,这种工程化钙钛矿光伏器件效率达到商用最佳室内太阳能电池的6倍,使用寿命预计可达5年以上,远超其他钙钛矿器件数周或数月的耐久度。
论文通讯作者、伦敦大学学院材料发现研究所副教授莫吉塔巴·阿布迪·贾勒比博士指出:"全球数十亿低功耗设备依赖电池更换,这种不可持续模式将随物联网扩张加剧。当前室内光伏电池成本高、效率低,而我们设计的钙钛矿电池不仅性能远超商用产品,耐久性也优于同类原型机,为利用环境光供电的电子产品铺平道路。目前正与产业伙伴商讨规模化生产方案。"
贾勒比博士强调,钙钛矿太阳能电池具有原料成本低、地球储量丰富、制备工艺简单等优势,甚至可采用类似报纸印刷的方式生产。研究团队通过引入氯化铷,促使钙钛矿晶体更均匀生长并降低内应力,成功将陷阱密度减少80%。另两种化学添加剂则用于稳定碘离子和溴离子,防止其相分离导致的性能衰减。
在1000勒克斯(相当于明亮办公室)光照条件下,该电池实现了37.6%的室内光能转换效率(带隙1.75电子伏特),创下同类电池世界纪录。耐久性测试显示,经过100天后新型电池仍保持92%初始性能(对照组仅剩76%);在55℃高温下持续强光照射300小时后,仍维持76%效能(对照组降至47%)。
这项跨国研究得到英国亨利·罗伊斯先进材料研究所支持,并获得英国工程与物理科学研究委员会、能源安全与净零排放部、伦敦大学学院、英国文化协会及伦敦南岸大学资助。