太陽是取之不盡，用之不竭的能源。因此，光伏發(fā)電在德國能源生產(chǎn)中變得越來越重要。金屬有機(jī)鈣鈦礦是太陽能電池中有希望的材料，具有高效率和低生產(chǎn)成本。卡爾斯魯厄技術(shù)學(xué)院(KIT)的研究人員開發(fā)了一種新型的高效氧化鎳空穴傳輸層，該層可以沉積在大面積上，并在這些太陽能電池中達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的效率。

鈣鈦礦型太陽能電池在實(shí)驗(yàn)室中的效率超過24%，是最高效的薄膜光伏系統(tǒng)之一。與目前在市場(chǎng)上占主導(dǎo)地位的硅太陽能電池相比，它們可以更容易地生產(chǎn)并且成本更低。

當(dāng)陽光照射到鈣鈦礦吸收體上時(shí)，電子從其束縛態(tài)脫離，并受到激發(fā)。同時(shí)，帶正電的空穴仍然存在。“要從太陽能電池中收集能量，必須在吸收體的不同側(cè)面除去這些電子和空穴。在鈣鈦礦太陽能電池中，這是通過選擇性電荷載流子層實(shí)現(xiàn)的，即允許電子或空穴通過的膜。” KIT的燈光技術(shù)學(xué)院(LTI)的博士研究員Tobias Abzieher說。“高效的鈣鈦礦太陽能電池不僅需要優(yōu)化的光吸收鈣鈦礦層，而且還需要優(yōu)化的電荷載流子選擇層。”

Abzieher與KIT的其他科學(xué)家一起，開發(fā)了一種新型的基于氧化鎳(NiOx)的高效空穴傳輸層，用于鈣鈦礦太陽能電池。該層可以低成本生產(chǎn)，并且與常規(guī)有機(jī)材料相反，它對(duì)超過70°C的溫度較不敏感。“為了將材料沉積在基板上，我們使用了真空工藝技術(shù)，即電子束蒸發(fā)。通過蒸發(fā)，金屬氧化物沉積在基板上。由于工藝參數(shù)數(shù)量少，我們可以生產(chǎn)出恒定的大均勻?qū)痈哔|(zhì)量的產(chǎn)品。”

記錄效率

經(jīng)過完全真空處理的鈣鈦礦太陽能電池的效率高達(dá)16.1%，因此，它們是通過這種方法生產(chǎn)的最高效的鈣鈦礦太陽能電池之一。除真空沉積外，高效基材還非常適合通過噴墨印刷(一種廣泛使用的印刷方法)進(jìn)行吸收體沉積。通過這種眾所周知的方法，科學(xué)家達(dá)到了世界紀(jì)錄：他們的噴墨打印吸收層的效率高達(dá)18.5%。Tobias Abzieher說：“目前的工作集中在通過旋轉(zhuǎn)涂層的沉積上。在這里，效率超過24%。但是，該技術(shù)無法轉(zhuǎn)移到大面積區(qū)域。”

“我們專注于可擴(kuò)展的生產(chǎn)方法。我們的目標(biāo)是將鈣鈦礦光伏產(chǎn)品從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)移到工廠，” KIT微結(jié)構(gòu)技術(shù)研究所下一代光電高級(jí)光學(xué)和材料負(fù)責(zé)人Ulrich W. Paetzold博士說。 IMT)和照明技術(shù)研究所(LTI)。