就光吸收層厚度而言,第一代和第二代太陽能電池分別需要大概300和2微米的厚度;而鈣鈦礦太陽能電池以不到0.4微米的光吸收層,就能獲得超過20%的光電

就光吸收層厚度而言,第一代和第二代太陽能電池分別需要大概300和2微米的厚度;而鈣鈦礦太陽能電池以不到0.4微米的光吸收層,就能獲得超過20%的光電轉換效率。而且它的吸光系數很大,吸光能力比傳統染料高一個數量級,對紫外到近紅外的光子都具有良好的吸收能力。

另外,鈣鈦礦太陽能電池是一個三元組份的材料,在ABX每個位置上共有三種元素可以選擇,所以這種材料有著無限的操控的空間,這種結構也有著無限的可能性。

沒有幾近完美的材料

雖然鈣鈦礦太陽能電池有著許許多多的優點,但它也不是完美的,我們也必須面對它的不足之處,這樣才有利于我們今后的改進工作。

首先,目前人們還沒有解決此類電池的不穩定性問題。

傳統晶硅電池壽命一般可達到25年,而2009年第一塊鈣鈦礦太陽能電池的壽命只有3分鐘,發展到現在,其壽命也僅為1000小時。

隨著鈣鈦礦太陽能電池效率取得了突破性進展,人們越來越認識到電池的長期穩定性是其是否能大規模民用化應用的決定性因素。

其次,有毒。

現在性能最好的鈣鈦礦電池材料都含有鉛,這是一種對人體和環境有極大危害的元素。

在使用過程中鉛可能會滲出,污染水源和土壤。

最后,目前實驗室里制造的大部分鈣鈦礦太陽能電池的尺寸都很微小,最大的也僅幾平方厘米,很難生產較大的連續膜,導致制備大面積器件受阻。

鈣鈦礦太陽能電池:其實不含鈣 也不含鈦

圖6 歷年來鈣鈦礦太陽能電池光電轉換效率的迅猛增長趨勢。

雖然,鈣鈦礦太陽能電池的研發遇到了諸多困難,但是,近幾年這一領域的快速發展使其開始初步顯示出潛在的商業化前景。

鈣鈦礦結構材料自2009年首次應用于光伏技術以來,短短六七年時間,在廣大科研人員的努力下,它的光電轉化效率就已經從3%提高到22%。

美國有的科學家預測,以新型鈣鈦礦為原料的太陽能電池的轉化效率或可高達50%,為目前市場上太陽能電池轉化效率的2倍,這將大幅降低太陽能電池的使用成本。也難怪世界頂級學術雜志Science會把鈣鈦礦太陽能電池評為該年度的十大科技進展之一。

究竟鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率能否達到理論預估的50%?鈣鈦礦太陽能電池距離真正的民用還有多遠?能否如同硅晶太陽能電池那樣得到廣泛使用呢?讓我們拭目以待吧。(作者:林風 南方科技大學)

[責任編輯:張倩]

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