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新技術助力鈣鈦礦太陽能電池創新高效率:西北大學科學家再創紀錄

西北大學的科學家們透過一項新技術再次提高了鈣鈦礦太陽能電池的效能,使這種新型技術創下新的效率紀錄。研究成果於11月17日發表在《科學》期刊上,描述了一種克服效率損失的雙分子解決方案,成功地提高了效率至25.1%,相較於早期方法僅達到24.09%的效,這項技術突破的關鍵在於解決鈣鈦礦太陽能電池在能量轉換過程中的效率損失問題。

美國西北大學

相較於傳統太陽能電池使用高純度矽晶片製成並僅能吸收固定範圍光譜的特性,鈣鈦礦材料的尺寸和成分可調整,使其能夠「調節」吸收的光波長,進而成為一種有利且潛在更低成本的高效新興技術。過去,由於鈣鈦礦太陽能電池的相對不穩定性,一直以來都存在提高效率的挑戰,然而,近年來來自Sargent實驗室和其他實驗室的進展已經將鈣鈦礦太陽能電池的效率提高到與傳統矽相當的水平。這項研究的獨特之處在於,團隊並未試圖增加電池對陽光的吸收量,而是專注於提高生成的電子的保留率以增加效率。他們通過引入兩種分子來解決界面的復合問題,成功抑制了電子的流失現象。

Cheng Liu博士後研究生表示:「界面上的復合是復雜的,使用一種分子解決復雜的復合並保留電子是非常困難的,所以我們考慮了哪種分子組合可以更全面地解決這個問題。」過去的研究表明,PDAI2分子在解決界面復合方面表現出色,為了修復表面缺陷並防止電子與之復合,研究團隊通過允許PDAI2與第二種分子硫一起工作,成功取代通常不擅長阻止電子移動的碳基團,以覆蓋缺失的原子並抑制復合。

該研究被認為解決了反轉鈣鈦礦太陽能電池中存在的核非輻射復合損失的核心問題,為太陽能電池效率設立了新的標準。Mercouri Kanatzidis教授表示:「這充分說明了先進材料化學領域如何顯著提高新興鈣鈦礦光伏技術的能量轉換效率和壽命。」同時,該研究團隊最近在《自然》雜誌上發表的論文中提到了一種對鈣鈦礦層下基板進行塗層的方法,以協助電池在高溫下長時間運作。

Cheng Liu表示:「我們必須使用更靈活的策略來解決復雜的界面問題。我們不能僅使用一種類型的分子,就像之前的人們所做的那樣。我們使用兩種分子來解決兩種復合,但我們確信在界面上還有更多種與缺陷相關的復合。我們需要嘗試使用更多的分子聚在一起,確保所有分子能夠協同工作,而不破壞彼此的功能。」

參考文獻及圖片來源: Inverted perovskite solar cell breaks 25% efficiency record;https://news.northwestern.edu/stories/2023/11/perovskite-solar-cell-efficiency-record/ 關鍵字搜尋:

# northwestern university # perovskite

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