使用钙钛矿材料作为替代硅电池欧洲杯足球竞彩

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光伏发电系统是一种有效的解决能源需求的增加新兴经济体和全球项目中温室有两个和天然气有关问题。

晶体硅(同单晶硅的光伏设备实现低成本制造清洁能源转换的标准由于大量可用的原材料和没有明显的环境健康和安全问题。欧洲杯足球竞彩然而,钙钛矿太阳能电池(PSC)是目前被认为的新星光伏产业由于其潜力,提高效率和降低成本的太阳能。

钙钛矿的太阳能电池是什么?

PSC是钙钛矿材料制成的太阳能电池。最常见的钙钛矿材料用于制造太阳能已经被混合有机-无机铅欧洲杯足球竞彩(Pb)或锡halide-based钙钛矿材料。

已经比同单晶硅太阳能电池怎么样?

的功率转换效率(PCE)已经被增加了歧管在很短时间内,用详尽的研究已经从2012年开始。

基于实验室的计算,光伏设备的电脑使用已经从2009年的3.8%增加到2020年的25.2%,超过了最大效率实现传统单链不饱和脂肪或是多晶硅电池。

目前已经被fastest-advancing太阳能电池技术在光伏行业。这个想法是为了完善相关光伏参数影响PCE,如短路电流(J_sc)、开路电位(V_oc),填充因子(FF)。

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直到现在,还没有重大缺陷为已经被观察到的关于任何上述参数,这解释了已经取得的效率高。

隙值是一个重要的参数来评估一个太阳能电池的整体性能,而且它应该接近Shockley-Quiser(平方)的限制。平方的钙钛矿能带更接近于极限。

Pb-halide结合的钙钛矿结构呈现大等独特性能与薄层吸收,直接能带重组损失较少,和一个额外的高寿命的运营商。

钙钛矿材料拥有内在属性欧洲杯足球竞彩,如广泛的吸收光谱,快速的电荷分离,电子和空穴的传输距离长,和长载体分离一生使他们特别兴奋的固态太阳能电池材料。

为什么一个更好的替代硅钙钛矿材料?欧洲杯足球竞彩

属性,使钙钛矿材料作为太阳能电池技术更好的候选人如下:欧洲杯足球竞彩

• 负责生成:优秀的吸收特性和低激子结合能帮助已经在几乎所有的可见光波吸收光线。这导致高人口的载流子(电子和空穴)在相同的吸收材料,运输有重大影响,复合,提取费用。这将导致高的电脑已经被。

• 电荷传输:不像其他光伏系统,已经被运输电子和空穴有效提取。优秀的电荷传输性能的材料,用长长的电荷载体扩散长度,l,超过5μm,和一个相关的一生1∼μs单晶和poly-crystalline薄膜可以确保这些细胞的杰出的个人电脑。已经被几个数量级的扩散长度值大于那些大多数有机solution-processed材料太阳能电池。电子和空穴的扩散长度似乎在钙钛矿平衡太阳能电池,这是非常重要的薄膜太阳能电池的高效提取这两种类型的航空公司。
• 负责重组/能源利用:钙钛矿材料可以有效地分欧洲杯足球竞彩离和传输电子和空穴激子分离由于快,高电荷扩散长度的钙钛矿,可能self-doping接口。研究发现,钙钛矿的独特性能,如快速激子解离和相当大的扩散长度,加上杂质引起的浅陷阱状态,很大程度上减少电荷载体在钙钛矿大量损失。能源利用率相当高,几乎相当于其他主要单片水晶c-Si-based太阳能电池等技术。

是什么阻碍已经完全商业化?

PSC制造业的总体成本较高,和更便宜的钙钛矿太阳能电池寿命更短。水分的存在明显已经恶化。所需的大量的封装保护细胞的钙钛矿吸收器可以添加成本和重量。据报道,其他因素影响已经被认为是不稳定的热应力,加热在外加电压下,照片影响(紫外线和可见光),和机械脆弱。

非常高的PCE已经通过使用小细胞,这是优秀的实验室测试。然而,对于商业应用,这么小的尺寸还不够。因此,比例因子是一个缺点有待解决。

电流电压扫描产量模棱两可的效率值由于不稳定电流和电压(IV)曲线的钙钛矿太阳能电池显示滞后行为。需要更多的研究来了解这方面已经被完全。

对于一些已经被PbI的分解产物。这是一种有毒的化合物,它可能会致癌。Pb,已经被许多变异的使用,是一个巨大的污染物。替换是严格工作,锡基已经已经介绍了。然而,这些锡的PCE已经需要改善。

最近的进展

一个小组爱荷华州立大学微电子研究中心取代阳离子在PSC的变种铯等无机材料。欧洲杯足球竞彩他们还取代碘(I)和溴(Br)钙钛矿吸收材料,使细胞moisture-sensitive。然而,它也减少了总体效率[3]。

另一个团队的国家可再生能源实验室(NREL)设计了一个方法来隔离Pb用于使Pb-based钙钛矿太阳能电池,以减少可能的有害的泄漏。他们利用了lead-absorbing电影背面和前面的太阳能电池,极端情况下太阳能细胞损伤在实验室环境中隔离~ 96%的铅泄漏。该小组还报道,长期运行稳定的太阳能电池不受影响lead-absorbing层[4]。

一个国际科学家小组,由气yabe教授冲绳科技学院欧洲杯线上买球在日本,与合作者在中国,法国,美国,已经发现了一种无机钙钛矿材料(CsPbI₃),可以替代硅太阳能电池制造的效率。

研究人员发现,CsPbI₃通常是研究其α相的晶体结构导致黑颜色,尤其擅长吸收阳光。然而,它是不稳定的,和结构迅速降解成更有效地吸收阳光。

研究人员研究了这种材料的β阶段相反,这是更稳定的,但在将阳光转化为电能效率较低。裂缝经常发现在薄膜太阳能电池吸收效率较低的来源。修复这些裂缝导致转换效率的增加,从15%降至18%。小的大小,这几乎是在认证范围内效率值[5]。

也有详尽的实验观察钙钛矿与其他技术相结合的好处,比如同单晶硅,创建“串联细胞”。在这样的结构,这两种技术的优点是用于开发性能细胞[6]。

钙钛矿的潜力的太阳能电池

未来的工作

快速设备性能改进的主要驱动因素在研究已经在材料创新或处理技术。

重点探索将:

• 电荷载体的性质运输低流动性但高扩散长度的迹象
• 损失的主要来源在批量或接口
• 移动离子的作用,这可能会妥协的长期稳定

这些方面将会彻底理解的关键已经工作的方式,在全面商业化替代硅基太阳能电池。

引用和进一步阅读

1. 鑫赵,Kai朱。(2016)有机-无机杂化钙钛矿卤素铅为光电和电子应用程序。化学。Soc。牧师。,45,655 - 689。可以在:https://doi.org/10.1039/C4CS00458B
2. Stefaan De狼Jakub Holovsky, Soo-Jin月亮,菲利普·罗̈每,Bjoern爱好者,马丁Ledinsky,弗朗兹约瑟冰川Haug,克利斯朵夫Jun-Ho百胜Ballif。(2014)有机金属卤化物钙钛矿:锋利的光学吸收边和光伏性能的关系。期刊。化学。列托人。5,1035−1039。可以在:https://doi.org/10.1021/jz500279b
3. 野生动物,r . (2020)科学家们介绍一种创新的方式来稳定钙钛矿太阳能电池在高温下。(在线)Mercom印度。可以在:https://mercomindia.com/scientists-introduce-way-to-stabilize-perovskite-cells/(2020年6月3日访问)。
4. AZoM。(2020)研究人员在钙钛矿混合太阳能电池实现潜在的突破。(在线)可以在://www.wireless-io.com/news.aspx?newsID=52997(2020年6月3日访问)。
5. 勇王et al。(2019)热力学稳定β-CsPbI3-based钙钛矿太阳能电池效率> 18%。欧洲杯线上买球科学。北京大学出版社365年版,6453年,页591 - 595。可以在:https://doi.org/10.1126/欧洲杯线上买球science.aav8680
6. 法勒,r (2016)钙钛矿硅太阳能电池——一个真正的替代吗?(在线)可以在:https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=45249.php(2020年6月3日访问)。
7. Tze-Chien总和,Nripan马修斯。金属卤化物钙钛矿:光电、光发射装置和超越。

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