雖然世界上許多地方的太陽(yáng)能發(fā)電成本,開(kāi)始與化石燃料發(fā)電價(jià)格持平,但太陽(yáng)能資源仍只占世界電力總量的一小部分。因此,將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換為電能或光伏電池,在全球太陽(yáng)能發(fā)電方面擁有巨大潛力。但是,目前市場(chǎng)上的太陽(yáng)能電池大多使用的是硅,與傳統(tǒng)的電源相比,其制造成本更加高昂。

近日,沖繩科技大學(xué)研究人員開(kāi)發(fā)了一種高效率的過(guò)氧化物,其不僅能夠有效降低太陽(yáng)能電池成本,而且能使電池更輕便、更靈活。

在金屬鹵化過(guò)氧化物中,有一種必要的結(jié)晶粉末,叫做FAPbI3,它可以形成金屬鹵化過(guò)氧化物的吸收層。之前,該吸收層需要通過(guò)結(jié)合PbI2和FAI兩種材料來(lái)制造,由此發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生FAPbI3。但這種方法往往容易導(dǎo)致一種或兩種原材料殘留。在一定程度上,就會(huì)阻礙太陽(yáng)能電池的效率。

針對(duì)這一短板,研究人員使用工程方法將粉末轉(zhuǎn)化為結(jié)晶粉末。原材料PbI2參與其中,但增加了將混合物加熱到90攝氏度,仔細(xì)溶解并過(guò)濾掉所有殘留物這一步驟。這可以使得所產(chǎn)生的粉末質(zhì)量更高,結(jié)構(gòu)更完美。

此外,這道步驟還能使過(guò)氧化物的穩(wěn)定性在不同的溫度下有所提高。當(dāng)過(guò)氧化物的吸收層從原始反應(yīng)中形成時(shí),它可以在高溫下保持穩(wěn)定。然而,在室溫下,它就會(huì)從棕色變成黃色,這對(duì)于吸收光線來(lái)說(shuō)并不理想。但增加了這一工序后,就算在在室溫下,其也是棕色的。

通常情況下,典型的硅基太陽(yáng)能電池板效率集中在20%到22%區(qū)間。之前,研究人員創(chuàng)造過(guò)效率超過(guò)25%的過(guò)氧化物基太陽(yáng)能電池,但是,要將這些新的太陽(yáng)能電池移出實(shí)驗(yàn)室,是個(gè)挑戰(zhàn)。

一般情況下,實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的太陽(yáng)能電池都很小,每個(gè)電池的尺寸大約只有0．1平方厘米。大多數(shù)研究人員專注于這些尺寸,因?yàn)樗鼈兏菀讋?chuàng)建。但就應(yīng)用層面而言,現(xiàn)實(shí)中所需要的太陽(yáng)能模塊體積要大得多。

另外,太陽(yáng)能電池的壽命也是值得注意的方面。雖然之前的太陽(yáng)能電池已經(jīng)達(dá)到了25%的效率,但其壽命最多只有幾千小時(shí)。在這之后,電池的效率就會(huì)下降。

該研究中使用的合成結(jié)晶的過(guò)氧化物粉末,在太陽(yáng)能電池的制造中不但實(shí)現(xiàn)了超過(guò)23%的轉(zhuǎn)換效率,而且壽命超過(guò)了2000小時(shí)。甚至當(dāng)他們擴(kuò)大到5x5cm2的太陽(yáng)能模塊,依然可以取得超過(guò)14%的效率。

總的來(lái)說(shuō),該研究創(chuàng)造了一種相對(duì)較新的材料——金屬鹵化過(guò)氧化物。當(dāng)其處于太陽(yáng)能電池的中心時(shí),過(guò)氧化物的晶體結(jié)構(gòu)能將光轉(zhuǎn)換為電,且成本比硅低得多。此外,基于過(guò)氧化物的太陽(yáng)能電池可以使用剛性和柔性基材來(lái)制造,除了價(jià)格更加低廉之外,它們還更輕便、更靈活。