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我國在鈣鈦礦太陽能電池領域取得重要突破 鈣鈦礦太陽能電池原理

  • 2018年7月20日 WuYaNan來源:科技部 559 31
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鈣鈦礦太陽能電池,科學家們在最新研究中發現,一種鈣鈦礦結構的有機太陽能電池的轉化效率或可高達22.1%,為目前市場上太陽能電池轉化效率的2倍,能大幅降低太陽能電池的使用成本。

鈣鈦礦太陽能電池,科學家們在最新研究中發現,一種鈣鈦礦結構的有機太陽能電池的轉化效率或可高達22.1%,為目前市場上太陽能電池轉化效率的2倍,能大幅降低太陽能電池的使用成本。相關研究發表在最新一期的《自然》雜志上。

鈣鈦礦太陽能電池以其制備簡單、成本低和效率高的優勢在新型光伏技術領域迅速崛起。鈣鈦礦太陽能電池按照器件結構可分為正式和反式兩種結構,相比于正式結構,反式結構器件因制備工藝更加簡單、可低溫成膜、無明顯回滯效應、適合與傳統太陽能電池(硅基電池、銅銦鎵硒等)結合制備疊層器件等優點,受到學術界和產業界的關注。但仍然存在開路電壓與理論值差距較大、光電轉換效率仍然偏低等應用瓶頸。


鈣鈦礦太陽能電池原理

鈣鈦礦是以俄羅斯礦物學家Perovski的名字命名的,最初單指鈦酸鈣(CaTIO3)這種礦物,后來把結構與之類似的晶體統稱為鈣鈦礦物質。

鈣鈦礦太陽能電池中常用的光吸收層物質是甲氨鉛碘(CH3NH3PbI3),由于CH3NH3PbI3這種材料中既含有無機的成分,又含有有機分子基團,所以人們也將這類太陽能電池稱作雜化鈣鈦礦太陽能電池。

(a)鈦酸鈣(GaTIO3)晶體的原子結構;(b)鈣鈦礦太陽能中吸光層物質甲氨鉛碘(CH3NH3PbI3)晶體的原子結構。

光電轉換效率高

想要了解鈣鈦礦太陽能電池具有高效性能、備受人們青睞的秘密所在,我們就不得不說說它的光吸收與能量轉化的原理了。

這一奇妙的過程大致如下:

太陽光入射到電池吸收層后隨即被吸收,光子的能量將原來束縛在原子核周圍的電子激發,使其形成自由電子。

由于物質整體上必須保持電中性,電子被激發后就會同時產生一個額外的帶正電的對應物,物理學上將其叫做空穴。這樣的一個“電子--空穴對”就是科學家們常說的“激子”。

2017年諾貝爾化學獎將于4日揭曉,武漢理工大學程一兵團隊在鈣鈦礦光伏組件的制備技術上已經取得了實質性突破,這標志著武漢在這項"諾獎級"的技術上走在了世界前列。

武漢理工大學獲悉,程一兵專家團隊在兩項鈣鈦礦太陽能電池組件制備技術方面取得突破,達到國際上同類產品的最高光電轉換效率。

武漢理工大學材料復合新技術國家重點實驗室彭勇教授介紹說,程一兵團隊研制開發的5cmx5cm塑料基板柔性鈣鈦礦太陽能電池組件,8月8日在國家光伏質量監督檢驗中心通過第三方權威機構認證,獲得組件光電轉換效率11.4%的結果,超過日本東芝公司于9月25日宣布的5cmx5cm柔性鈣鈦礦太陽能電池組件10.5%的光電轉換效率。

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