鈣鈦礦太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率有望與結(jié)晶硅型相當(dāng)

日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)(JST)與京都大學(xué)12月8日宣布,發(fā)現(xiàn)了可改善名為“鈣鈦礦太陽(yáng)能電池”的高效率太陽(yáng)能電池的不穩(wěn)定性,將電壓提高至理論極限的設(shè)計(jì)指針。

作者:加藤伸一
來(lái)源:日經(jīng)bp社
原標(biāo)題:改善鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的不穩(wěn)定性,轉(zhuǎn)換效率有望實(shí)現(xiàn)與結(jié)晶硅型相當(dāng)


  日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)(JST)與京都大學(xué)12月8日宣布,發(fā)現(xiàn)了可改善名為“鈣鈦礦太陽(yáng)能電池”的高效率太陽(yáng)能電池的不穩(wěn)定性,將電壓提高至理論極限的設(shè)計(jì)指針。


開(kāi)發(fā)的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的截面圖

  由下而上依次為FTO透明電極層(負(fù)極)、TiO2致密層(電子輸送層)、鈣鈦礦層(發(fā)電層)、spiro-OMeTAD層(空穴輸送層)、金電極層(正極)(出處:JST)
  鈣鈦礦太陽(yáng)能電池可通過(guò)印刷作為材料的溶液來(lái)輕松制作,作為能大幅降低制造成本的太陽(yáng)能電池備受期待。似已有了20%以上的轉(zhuǎn)換效率報(bào)告,作為新一代太陽(yáng)能電池吸引著人們的目光。

不同粒徑(膜厚)的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的電流-電壓曲線(出處:JST)

  但因測(cè)量條件的不同,表示太陽(yáng)能電池性能的電流-電壓曲線(I-V曲線)會(huì)發(fā)生變化,所以無(wú)法定量解明發(fā)電特性與元件結(jié)構(gòu)的關(guān)系。
  此次,在JST的“戰(zhàn)略性創(chuàng)造研究推進(jìn)事業(yè)”中,京都大學(xué)的研發(fā)小組制作了發(fā)電特性不易變化的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池,查明了電流和電壓的損耗機(jī)制。據(jù)稱(chēng),以獲得的設(shè)計(jì)指針為基礎(chǔ),有望實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)換效率逼近結(jié)晶硅型的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。
  研發(fā)小組利用轉(zhuǎn)換效率為19%以上的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池分析了發(fā)電機(jī)制發(fā)現(xiàn),電流幾乎沒(méi)有發(fā)生轉(zhuǎn)換損耗。電壓則在捕獲承載電流的電荷載體的區(qū)域(阱區(qū))存在電壓損耗。因此稱(chēng),如果能將阱區(qū)的密度降至一定水平以下,則電流的發(fā)生效率幾乎可達(dá)100%,電壓也能提高至理論極限。
  研究中,制作了比較致密平滑的鈣鈦礦膜,實(shí)現(xiàn)了效率高、再現(xiàn)性良好的元件。另外,為了研究構(gòu)成發(fā)電層的鈣鈦礦結(jié)晶的粒徑對(duì)發(fā)電特性變化的影響,對(duì)負(fù)極采用TiO2致密膜,優(yōu)化了元件構(gòu)造。
  鈣鈦礦結(jié)晶的粒徑越大,短路電流密度(JSC)、開(kāi)路電壓(VOC)和填充因子(FF)的值也越大,能源轉(zhuǎn)換效率在粒徑為最大的500nm時(shí),達(dá)到了全球最高水平的19.4%。


作者:加藤伸一 來(lái)源:日經(jīng)bp社 責(zé)任編輯:wutongyufg

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