来自冲绳科技研究生院(OIST)的研究人员研制出了效率高、稳定性好的下一代太阳能组件。这些太阳能组件由一种叫做钙钛矿的材料制成，可以保持2000小时以上的高性能。他们的研究成果于2020年7月20日发表在主流期刊《自然能源》上，这一发现点亮了商业化的前景。

 

钙钛矿有可能彻底改变太阳能技术产业。与目前占据市场主导地位的笨重、坚硬的硅基电池相比，这种电池具有更大的灵活性和轻便性。但在钙钛矿商业化之前，科学家们必须克服一些主要障碍。

 

“钙钛矿必须满足三个条件:生产成本低、效率高、寿命长，”领导这项研究的OIST能源材料和表面科学部门负责人齐亚兵教授说。

 

制造钙钛矿太阳能电池的成本很低，因为这种廉价的原材料需要很少的能源来加工。在仅仅十多年的时间里，科学家们已经在提高钙钛矿太阳能电池将太阳光转化为电能的效率方面取得了巨大的进步，其效率已经可以与硅基电池相媲美。

 

然而，一旦从小型太阳能电池扩大到大型太阳能组件，钙钛矿的效率水平就会直线下降。这是一个问题，因为商业太阳能技术需要在太阳能电池板的尺寸上保持效率， 登录杏耀手机客户端，太阳能电池板的长度只有几英尺。

 

“扩大规模的要求非常高;材料中的任何缺陷都会变得更加明显，所以你需要高质量的材料和更好的制造技术。

 

钙钛矿的不稳定性是另一个正在深入研究的关键问题。商用太阳能电池需要能够承受数年的运行，但目前钙钛矿太阳能电池降解速度很快。

 

构建图层

 

在OIST技术发展和创新中心的概念验证项目的支持下，齐教授的团队使用一种新的方法解决了这些稳定性和效率问题。钙钛矿太阳能装置由多层组成，每一层都有特定的功能。他们不再只关注某一层，而是关注设备的整体性能以及各层之间的相互作用。

 

吸收阳光的活性钙钛矿层位于设备中心，夹在其他层之间。当光子撞击钙钛矿层时，带负电荷的电子会利用这种能量“跃迁”到更高的能级，在电子原来所在的位置留下带正电荷的“空穴”。这些电荷然后以相反的方向进入活跃层上下的电子和空穴传输层。这就产生了一种电荷流——或电——可以通过电极离开太阳能装置。该装置还封装了保护层，以减少降解和防止有毒化学物质泄漏到环境中。

 

在研究中，科学家们使用了22.4平方厘米的太阳能组件。

 

科学家们首先通过在钙钛矿活性层和电子传输层之间添加一种名为EDTAK的化学物质，改善了钙钛矿活性层和电子传输层之间的界面。他们发现EDTAK阻止了锡氧化物电子传输层与钙钛矿活性层反应，增加了太阳能组件的稳定性。

 

EDTAK还通过两种不同的方式提高了钙钛矿太阳能组件的效率。首先，杏耀EDTAK中的钾进入活性钙钛矿层，“愈合”钙钛矿表面的微小缺陷。这就防止了这些缺陷捕获移动的电子和空穴，从而产生更多的电能。EDTAK还通过增强氧化锡电子传输层的导电性能提高了性能，使其更容易从钙钛矿层收集电子。