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量子创新推进了低成本的替代太阳能技术

博士后研究员陈浩展示了一个倒置钙钛矿太阳能电池的原型. 该团队利用量子力学来提高这种替代太阳能技术的稳定性和效率(陈斌摄)

来自正规澳门赌场应用科学学院的一组研究人员 & 工程界利用量子力学优化了一种被称为倒置钙钛矿太阳能电池的装置中的活性层——这项技术有一天可能会在大众市场上生产出比目前市场上的太阳能电池小得多的太阳能电池. 

目前, 几乎所有的商用太阳能电池都是由高纯度的硅制成的, 它需要大量的能量来产生. 但世界各地的研究人员正在试验替代太阳能技术,这种技术可以用更少的能源和更低的成本制造和安装. 

这些替代品之一,正在研究中 萨金特集团实验室被称为钙钛矿. 钙钛矿材料的能量来源于其独特的晶体结构, 是什么使它们能够在很薄的一层吸收光,并有效地将其转化为电能. 

钙钛矿晶体是由液体墨水制成的,并使用卷对卷印刷等工业中已经成熟的技术涂在表面上,” 陈郝他是萨金特实验室的博士后研究员,也是《 发表在 自然光子学

“因为这, 钙钛矿太阳能电池有潜力以比硅低得多的能源成本大规模生产. 目前的挑战是钙钛矿太阳能电池在稳定性方面落后于传统的硅电池. 在这项研究中,澳门赌场平台的目标是缩小这一差距.” 

和他的共同主要作者,博士候选人 山姆Teale 和博士后研究人员 本•陈 和 易侯 ——正在使用一种基于倒置太阳能电池结构的策略. 

在大多数钙钛矿太阳能电池原型中, 电子通过电池底层的负极排出, 他们留下的“孔”通过顶部的正电极. 

逆转这种排列可以使用替代制造技术,过去的研究表明,这些可以提高钙钛矿层的稳定性. 但这种改变是以性能为代价的. 

“钙钛矿层和顶部电极之间很难有良好的接触,”陈说. 为了解决这个问题,研究人员通常会插入由有机分子组成的钝化层. 这在传统的定位中非常有效, 因为“孔”可以直接穿过钝化层. 但电子会被这一层阻挡,所以当你将电池反转时,这就成了一个大问题.” 

该团队利用量子力学克服了这一限制。量子力学是一种物理原理,表明材料在非常小的长度尺度上的行为与在较大长度尺度上观察到的不同. 

“在澳门赌场平台的太阳能电池原型中, 钙钛矿被限制在一个极薄的层-只有一个到三个晶体的高度,”Teale说. “这种二维形状使澳门赌场平台能够访问与量子力学相关的属性. 澳门赌场平台可以控制, 例如, 钙钛矿吸收的是什么波长的光, 或者电子是如何在层内运动的.” 

该团队首先使用了其他团队建立的一种化学技术,在他们的太阳能电池上制造了一个二维钙钛矿表面. 这使钙钛矿层实现自身的钝化, 完全不需要有机层. 

克服电子阻挡效应, 该团队将钙钛矿层的厚度从一个晶体的高度增加到三个. 计算机模拟表明,这种变化将足以改变能量格局,使电子逃逸到外部电路, 这个预测在实验室里得到了证实. 

该团队电池的能量转换效率被测量为23.9%,在室温下操作1000小时后,这一水平没有下降. 即使是在65摄氏度的温度下进行工业标准的加速老化过程, 使用超过500小时后,性能只下降了8%. 

未来的工作将集中于进一步提高细胞的稳定性, 包括在更高的温度下. 该团队还希望制造出表面积更大的细胞, 目前的电池只有5平方毫米大小. 

不过,目前的结果对这种替代太阳能技术的未来是个好兆头. 

“在澳门赌场平台的论文, 澳门赌场平台澳门赌场平台的原型与最近发表在科学文献上的传统和倒置钙钛矿太阳能电池进行比较,”Teale说. 

澳门赌场平台实现的高稳定性和高效率的结合非常突出. 澳门赌场平台还应该记住,钙钛矿技术只有几十年的历史, 而硅已经被研究了70年. 未来还有很多改进.” 

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