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編者按：由鈣鈦礦制成的太陽能電池對太陽能的未來有很大希望。該材料便宜，易于生產(chǎn)，幾乎與硅一樣有效，硅是傳統(tǒng)上用于太陽能電池的材料。然而，鈣鈦礦快速降解，嚴重限制了其效率和穩(wěn)定性。來自埃因霍溫科技大學，能源研究所DIFFER，北京大學和特溫特大學的研究人員發(fā)現(xiàn)，在鈣鈦礦中加入少量氟化物會留下保護層，從而顯著提高材料和太陽能電池的穩(wěn)定性。

在各種極端測試條件下運行1000小時后，太陽能電池可保持90%的效率。該研究結(jié)果發(fā)表在今天的主要科學期刊Nature Energy上。

因為它們制造起來非常便宜，所以鈣鈦礦太陽能電池一直是最近太陽能研究的核心。因此，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。所謂的串聯(lián)電池，結(jié)合硅和鈣鈦礦電池，效率超過28%。

盡管取得了這樣的成功，但由于材料的性質(zhì)和制造方式，鈣鈦礦具有許多缺陷。隨著時間的推移，金屬鹵化物的原子結(jié)構(gòu)中的空位在水分，光和熱的影響下引發(fā)鈣鈦礦的降解。

保護層

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，試驗了一種新型鈣鈦礦。就像牙膏中的氟化物一樣，氟離子在晶體周圍形成保護層，防止有害缺陷的擴散。

“我們的工作大大提高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)合中心計算能源研究中心助理教授Shuxia Tao說。紙。“在極端光照和高溫條件下，我們的電池在1000小時后保持90%的效率。這是傳統(tǒng)鈣鈦礦化合物的數(shù)倍。我們實現(xiàn)了21.3%的效率，這是進一步提高效率的良好起點。 “

由于其高電導率，氟化物通過在材料表面上形成強氫鍵和離子鍵來穩(wěn)定鈣鈦礦晶格。

埃因霍溫團隊的大部分工作都解釋了為什么氟化物與其他鹵素相比是如此有效的成分。他們使用計算機模擬得出結(jié)論，部分成功歸功于氟離子的小尺寸和高電負性。元素的電負性越高，它就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強鍵，形成穩(wěn)定的保護層。

未來的研究

該研究被視為未來成功實施鈣鈦礦太陽能電池的重要一步。但是，仍有許多工作要做。太陽能行業(yè)的黃金標準是在10到15年后保留率至少達到原始效率的85%，這一標準對于鈣鈦礦電池來說還有一段距離。

“我們預計這些細胞需要再過五到十年才能成為商業(yè)上可行的產(chǎn)品。我們不僅需要進一步提高其效率和穩(wěn)定性，還需要對原子的相關(guān)機制有更好的理論認識。對于為什么某些材料在提高這些細胞的長期穩(wěn)定性方面比其他材料更有效，我們?nèi)匀粵]有得到所有答案，“陶說。






原標題：氟化物從根本上改善了鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性