鈣鈦礦制成的太陽能電池對(duì)太陽能的未來具有廣闊的前景。這種材料便宜，易于生產(chǎn)并且?guī)缀跖c傳統(tǒng)上用于太陽能電池的硅一樣有效。但是，鈣鈦礦會(huì)迅速降解，從而嚴(yán)重限制其效率和穩(wěn)定性。艾恩德霍芬科技大學(xué)，DIFFER能源研究所，北京大學(xué)和特溫特大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，向鈣鈦礦中添加少量氟化物可留下保護(hù)層，從而顯著提高材料和太陽能電池的穩(wěn)定性。在各種極端測(cè)試條件下運(yùn)行1000小時(shí)后，太陽能電池仍可保持90%的效率。研究結(jié)果今天發(fā)表在領(lǐng)先的科學(xué)雜志《自然能源》上。

由于鈣鈦礦太陽能電池的制造成本如此低廉，因此一直是最近太陽能研究的中心。結(jié)果，它們的效率從2009年的不到4%上升到目前的24%以上，接近傳統(tǒng)的硅電池。結(jié)合了硅和鈣鈦礦電池的所謂串聯(lián)電池，效率超過28%。

盡管取得了成功，但由于材料的性質(zhì)和制造方式，鈣鈦礦仍存在許多缺陷。隨著時(shí)間的流逝，金屬鹵化物的原子結(jié)構(gòu)中的空位會(huì)在水分，光和熱的影響下觸發(fā)鈣鈦礦的降解。

保護(hù)層

埃因霍溫，特溫特和北京的研究人員通過在生產(chǎn)過程中添加少量氟化物，對(duì)新型鈣鈦礦進(jìn)行了試驗(yàn)。就像牙膏中的氟化物一樣，氟化物離子在晶體周圍形成保護(hù)層，防止有害缺陷的擴(kuò)散。

“我們的工作大大改善了鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性，” TU / e和DIFFER應(yīng)用物理系聯(lián)合研究中心計(jì)算能量研究中心的助理教授陶樹霞說。紙。“在極端的光照和高溫條件下，我們的電池在1000小時(shí)后仍能保持90%的效率。這是傳統(tǒng)鈣鈦礦化合物的壽命的許多倍。我們達(dá)到21.3%的效率，這是進(jìn)一步提高效率的一個(gè)很好的起點(diǎn)。 ”

由于其高電負(fù)性，氟化物通過在材料表面形成強(qiáng)氫鍵和離子鍵來穩(wěn)定鈣鈦礦晶格。

埃因霍溫團(tuán)隊(duì)的許多工作都在解釋為什么氟化物與其他鹵素相比如此有效。他們使用計(jì)算機(jī)模擬得出結(jié)論，其成功的部分原因是氟化物離子的尺寸小和高電負(fù)性。元素的電負(fù)性越高，它越容易吸引相鄰元素的電子。這有助于氟離子與鈣鈦礦化合物中的其他元素形成牢固的鍵，從而形成穩(wěn)定的保護(hù)層。

未來研究

該研究被認(rèn)為是將來成功實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦太陽能電池的重要一步。但是，還有很多工作要做。太陽能行業(yè)的金標(biāo)準(zhǔn)是十到十五年后的保留率至少是原始效率的85%，對(duì)于鈣鈦礦電池而言，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)還差得遠(yuǎn)。