新型无机钙钛矿太阳能电池解决遇热衰退难题

shuszhao

太阳能电池长时间日照曝晒后会变得非常烫，导致光转换效率下降，因此材料热安定性居太阳光电研发关键地位，研究人员则藉由无机代替有机材料……
日本冲绳科技技术大学院（OIST）近日成功研发新型无机钙钛矿电池，可望降低太阳光电成本与解决钙钛矿电池遇热降解挑战，并同时满足高效率与稳定性等要求。身为最受欢迎的绿能产业，太阳能产业竞争十分激烈，目前市占率最高的太阳光电为硅晶电池，但长江后浪推前浪，新兴钙钛矿电池也正虎视眈眈盯着市占第一宝座，其光吸收效率高，成本也比硅晶电池还便宜，更可溶解在溶液中，再喷涂到基材上，如解决稳定性跟遇热劣化等难题，未来将无可限量。
根据《Advanced Energy Materials》的研究，有别于以往有机钙钛矿电池，团队研发的新型电池为无机电池，这是一项重大改变，因为有机材料通常不耐热，遇热容易衰退。
太阳能电池长时间日照曝晒后会变得非常烫，导致光转换效率下降，因此材料热安定性居太阳光电研发关键地位，研究人员则藉由无机代替有机材料，让钙钛矿太阳能电池更加稳定。OIST 能源材料与表面科学部门 Zonghao Liu 表示，无机钙钛矿太阳能电池曝晒 300 小时之后，光电转换效率（PCE）仅下降 8%。
不过全无机钙钛矿太阳能电池的光吸收效率比有机无机混成材料（organic-inorganic hybrid material）还要低，因此研究人员利用锰来提高电池性能，藉由锰改变材料晶体结构，并进一步提高光捕获能力。Liu 表示，就像我们用盐巴来提味，当团队在电池添加锰时，可改变太阳能电池特性。
且为防止因热度造成电池劣化，新型无机钙钛矿电极以碳取代旧有的黄金。与需要高温与真空环境的黄金材料相比，这种电极很明显更便宜跟易于生产，碳也可以直接印刷在太阳能电池上。新型无机钙钛矿电池由多层材料组成，底部为仅有几公厘厚的玻璃，第二层为透明导电材料FTO，上方是由二氧化钛组成的电子活性层与光敏性（photoactive）钙钛矿，最上层则是碳。
目前团队仍持续研究该新型电池效率和耐用性，希望未来可将光电转换效率从 6.14% 提升到商业化地步。有鉴于钙钛矿电池光电转换效率已从 2009 年的 3.81%，提升至可与硅晶电池比拟的 22%，在如此短的时间内进步神速，这类电池应用与发展备受看好。

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