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美研制出环保型钙钛矿太阳能电池
http://www.workercn.cn    2014-05-06     来源:科技日报 
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  美国西北大学的科学家研制出了环保型钙钛矿太阳能电池,其用锡钙钛矿代替铅(有毒)钙钛矿作为捕获太阳光的设备。新型太阳能电池不仅绿色、高效,且成本低廉,可以使用简单的“实验台”化学方法制造,不需要昂贵的设备或危险材料。研究发表在5月5日(北京时间)出版的《自然·光子学》杂志上。

  该研究的领导者之一、无机化学专家梅科瑞·卡纳茨迪斯5月4日接受物理学家组织网采访时表示:“这是研制新型太阳能电池领域的重大突破。锡是一种非常实用靠谱的材料。”

  拥有独特晶体结构的钙钛矿是一种陶瓷氧化物,最早被发现的此类氧化物是存在于钙钛矿石中的钛酸钙(CaTiO3)化合物。传统硅晶太阳能电池板因原材料硅土昂贵且制造过程会产生严重污染,学界和业界近年转而研发钙钛矿太阳能板,结果光电转化效能两年内从3%提高至16%,形成重大的科研突破,钙钛矿太阳能电池也因此被称为太阳能电池领域的“明日之星”。

  新型太阳能电池也使用了钙钛矿结构作为吸光材料,只不过用锡代替铅。科学家们表示,铅钙钛矿的光电转化效率已达15%,鉴于锡和铅属同族元素,锡钙钛矿应该也能达到甚至超过这一数值。该研究的另一负责人、材料科学和工程学教授张邦衡(音译)表示:“我们的锡基钙钛矿层能像高效的太阳光捕获设备一样工作。”

  尽管这款固态锡太阳能电池的光电转化效率目前仅为5.73%,但他们认为这是一个非常好的开始。研究人员表示,锡钙钛矿有两个特点:能最大程度地吸收太阳能光谱中的可见光;不需要加热就能直接熔解。

  新型固态太阳能电池是一块由5层材料组成的“三明治”,每一层都具有独特的作用。第一层导电的玻璃,使太阳光能进入电池;第二层是沉积在玻璃层之上的二氧化钛,这两层合在一起作为太阳能电池前部的导电触点;接下来就是新款太阳能电池的“主角”锡钙钛矿,这一层的主要作用是捕获太阳光。研究人员在一个充满氮气的手套式操作箱内制造这一材料,这种工作台化学方法的目的是保护环境,避免锡钙钛矿被氧化。

  位于锡钙钛矿之上的是空穴传输层,这一层对于关闭电流并获得功能性的电池至关重要,主要材料是一种吡啶(含有一个氮杂原子的六元杂环化合物)分子。最后压轴的是一薄层金。最终封装的太阳能电池厚度大约1到2微米,能放入空气。测试表明,其光电转化效率为5.73%。

  总编辑圈点

  自地球形成以来,太阳就在用光和热为人类提供源源不断的能量,随着技术手段的不断进步,获取太阳能的方式也在不断发展。作为新型的可再生能源,太阳能电池自诞生之日起,就在与成本高、转换效率低做斗争。以锡钙钛矿为新材料制造的新型太阳能电池虽然在绿色环保和降低成本上显现出优势,但我们更期待研究者继续突破光电转化的效率,为我们带来真正绿色、高效又便宜的太阳能电池。  (记者刘霞)

编辑: 葛文琦
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