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改進(jìn)型鈣鈦礦光電池可降低能量損失

俄羅斯國立研究型技術(shù)大學(xué)（MISIS）科研人員使用氧化鎳納米粒子和結(jié)構(gòu)開發(fā)出一種新型光電池，可為物聯(lián)網(wǎng)無線設(shè)備、健身跟蹤器、智能手表和耳機(jī)提供能量。相關(guān)研究結(jié)果近日發(fā)表在國際期刊《太陽能材料及電池 》上。

近年來，物聯(lián)網(wǎng)無線設(shè)備和傳感器市場發(fā)展迅速，而為這些設(shè)備提供能源的是低功耗和功率約為1微瓦的自主能源，微小的鈣鈦礦光電池是其中的一種解決方案，即使在室內(nèi)燈光下充電也能保證能量儲(chǔ)備。鈣鈦礦光電池的效率約為25%，與半導(dǎo)體相當(dāng)，但更容易制造。而鈣鈦礦是一種礦物，具有假立方晶體結(jié)構(gòu)和一些獨(dú)特的特性，廣泛用于能源領(lǐng)域。

鈣鈦礦光電池對光強(qiáng)度要求低，但它們有一些缺點(diǎn)——生產(chǎn)成本高、能量損失大和持續(xù)運(yùn)行期間最大功率會(huì)降低。MISIS未來太陽能實(shí)驗(yàn)室的科研人員使用氧化鎳納米粒子和結(jié)構(gòu)，開發(fā)出一種新的平面光電池，簡化了生產(chǎn)技術(shù)，降低了能量損失。

未來太陽能實(shí)驗(yàn)室研究員塔季揚(yáng)娜·克瑪利切娃稱，平面光電池如同三明治，由轉(zhuǎn)移負(fù)電荷的半導(dǎo)體、鈣鈦礦和轉(zhuǎn)移正電荷的半導(dǎo)體三層組成，改換導(dǎo)體類型，使用氧化鎳轉(zhuǎn)移正電荷，在光照度為400勒克司（即標(biāo)準(zhǔn)室內(nèi)照明）時(shí)，其功率密度可達(dá)每平方厘米28.4微瓦，這是硅光電池功率密度的2.5倍。

科學(xué)家創(chuàng)造世界紀(jì)錄，突破大面積鈣鈦礦電池21.6%光電轉(zhuǎn)化率

目前，中國的電力市場主要是火力發(fā)電和水力發(fā)電，光伏發(fā)電比例正在逐年增加。鈣鈦礦太陽能電池會(huì)成為未來的主流嗎？如果鈣鈦礦太陽能電池能真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，那么，從成本上來說，光伏發(fā)電將有可能更加便宜。

鈣鈦礦較低的成本是它最大的競爭力，并且含有豐富的碳、氫、氮、碘、鉛等化學(xué)元素，曾被專業(yè)人士認(rèn)定是太陽能電池領(lǐng)域最有發(fā)展?jié)摿Φ牟牧�。在此基礎(chǔ)上，如何更加穩(wěn)定、高效成為鈣鈦礦太陽能電池研究的熱門方向。

澳大利亞國立大學(xué)（ANU）博士后彭軍在Science發(fā)表了題為《用聚合物鈍化鈣鈦礦太陽能電池，納米級局部接觸實(shí)現(xiàn)高填充因子》（Nanoscale localized contacts for high fill factors in polymer-passivated perovskite solar cells）的論文。

論文表示，其在太陽能轉(zhuǎn)化為電能方面取得了21.6%的效率，這是針對1平方厘米以上面積鈣鈦礦太陽能電池的新世界紀(jì)錄。這意味著，這種鈣鈦礦電池在陽光照射下，每平方米可以產(chǎn)生216瓦的電能。

太陽能電池性能得到提升！科學(xué)家成功制造鈣鈦礦/硅雙層單片電池

硅太陽能電池板可以將光能轉(zhuǎn)化為電能，常規(guī)串聯(lián)太陽能電池可以通過吸收額外波長的光轉(zhuǎn)化為電能，且相較于前者更加有效。不僅如此，研究人員已經(jīng)意識(shí)到，使用雙面串聯(lián)配置，即利用傳統(tǒng)硅基層和鈣鈦礦制成的另一層“串聯(lián)”組合的新系統(tǒng)，可以搜集到更多的能量，還可以捕獲許多原本浪費(fèi)的、從地面反射和散射的光（稱為“反照率”）來顯著增加串聯(lián)太陽能電池的電流。

2021年1月11日，國際合作組織（包括阿卜杜拉國王科技大學(xué)（KAUST）和U.T工程學(xué)院的研究人員）在《自然能源》雜志上發(fā)表了一篇名為《基于帶隙工程的高效鈣鈦礦/硅雙層單片太陽能電池》（Efficient bifacial monolithic perovskite/silicon tandem solar cells via bandgap engineering）的論文。論文概述了該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)鈣鈦礦/硅設(shè)備，并超過目前公認(rèn)的串聯(lián)配置性能極限的全部過程。

這項(xiàng)研究得出了雙面單片鈣鈦礦/硅串列太陽能電池利用環(huán)境中的漫反射光反照率，使其性能優(yōu)于單面鈣鈦礦/硅串列太陽能電池的結(jié)論。該研究團(tuán)隊(duì)首先報(bào)告了在單面AM1.5G陽光的照射下，經(jīng)認(rèn)證的功率轉(zhuǎn)換效率大于25%的雙面串聯(lián)在戶外測試下，其發(fā)電密度高達(dá)26mWcm-2的結(jié)果。

《自然》子刊：研究人員開發(fā)了一種可重復(fù)制造高效鈣鈦礦太陽能電池的通用方法

來自德累斯頓工業(yè)大學(xué)應(yīng)用物理研究所(IAP)和德累斯頓電子發(fā)展中心(cfaed)的研究人員開發(fā)了一種可重復(fù)制造高效鈣鈦礦太陽能電池的通用方法。他們的研究已經(jīng)發(fā)表在《自然通訊》雜志上。

鈣鈦礦是19世紀(jì)初首次報(bào)道的一類材料，2009年被“重新發(fā)現(xiàn)”，作為一種可能用于太陽能電池發(fā)電的材料。從那時(shí)起，它們就席卷了光伏研究界，以前所未有的速度達(dá)到了新的效率記錄。這種改進(jìn)速度如此之快，以至于到2021年，僅僅經(jīng)過10年多的研究，它們就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了與傳統(tǒng)硅器件類似的性能。讓鈣鈦礦特別有前途的是它們的生成方式。硅基器件很重，需要在高溫下制造，而鈣鈦礦器件則很輕，成型時(shí)只需要最小的能量投入。正是這種高性能和簡易制造的結(jié)合，激發(fā)了研究界的熱情。

來自Yana Vaynzof教授的新興電子技術(shù)小組的研究人員發(fā)現(xiàn)，鈣鈦礦薄膜形成過程中的基本過程強(qiáng)烈地影響了光伏器件的再現(xiàn)性。當(dāng)從溶液中沉積鈣鈦礦層時(shí)，反溶劑滴到鈣鈦礦溶液上以觸發(fā)其結(jié)晶�！拔覀儼l(fā)現(xiàn)，鈣鈦礦與抗溶劑的接觸時(shí)間對最終器件性能有顯著影響，直到現(xiàn)在，這個(gè)變量在研究界都沒有被注意到�！� 這項(xiàng)研究的第一作者Alexander Taylor博士說，“這與某些抗溶劑至少可以部分溶解鈣鈦礦層的前體，從而改變其最終組成有關(guān)。此外，抗溶劑與鈣鈦礦溶液溶劑的互溶性影響了它們觸發(fā)結(jié)晶的效果�！�

重磅！鈣鈦礦不再“怕濕度”，光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到24.1%！

相比于傳統(tǒng)的單晶硅電池，鈣鈦礦光伏材料因輕薄、低廉、環(huán)保、可柔性等優(yōu)勢，成為研究熱點(diǎn)。在傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)上，鈣鈦礦光伏材料怕水、怕空氣，尤其是以甲脒基鈣鈦礦為代表的鈣鈦礦光伏材料非�！懊舾小�，容易老化、功能衰減，因此，需要在惰性氣體的保護(hù)下才能制備。同時(shí)，在現(xiàn)有認(rèn)知范圍內(nèi)，只有不超過5種溶劑能被應(yīng)用到鈣鈦礦材料中，如此多的“痛點(diǎn)”讓鈣鈦礦的擴(kuò)大應(yīng)用舉步維艱。

3月26日，國際頂級期刊《科學(xué)》發(fā)表一項(xiàng)重要研究，中國科學(xué)院院士黃維、南京工業(yè)大學(xué)先進(jìn)材料研究院陳永華教授團(tuán)隊(duì)開創(chuàng)性地提出以一種多功能的“離子液體”作為溶劑，來替代傳統(tǒng)有機(jī)溶劑制備鈣鈦礦光伏材料，實(shí)現(xiàn)了黑相甲脒鉛碘鈣鈦礦在室溫、高濕度環(huán)境下的穩(wěn)定性，解決了傳統(tǒng)鈣鈦礦光伏材料制備過程中的世界性難題。

鄭大《CEJ》：首次提出一種在室溫合成鈣鈦礦納米晶的策略

CsPbI3鈣鈦礦相NCs因其全無機(jī)成分的高熱穩(wěn)定性而受到發(fā)光二極管（LEDs），太陽能電池和光電探測器（PDs）的廣泛關(guān)注。然而，由于熱不平衡誘導(dǎo)的亞穩(wěn)態(tài)（黑色）向穩(wěn)定的（黃色）相變，在室溫下合成CsPbI3鈣鈦礦相NCs仍然是一個(gè)主要的挑戰(zhàn)。

在此，鄭州大學(xué)宋繼中教授團(tuán)隊(duì)首次提出了一種在非極性溶劑中于室溫下合成γ-相CsPbI3鈣鈦礦型NCs的配體介導(dǎo)策略。作者發(fā)現(xiàn)，引入4-十二烷基苯甲磺酸（DBSA）配體可以防止CsPbI3從γ相變?yōu)棣南�，這歸因于強(qiáng)大的鍵合和空間位阻，抑制了角共享八面體的變形。合成后的CsPbI3鈣鈦礦型NCs很好地分散在有機(jī)溶劑中，這些有機(jī)溶劑可以用作油墨來構(gòu)造溶液加工的光電器件的活性層（PDs的開/關(guān)比為200，LEDs的外部量子效率（EQE）接近6％）。通過成功合成有效的紅綠藍(lán)CsPbX3 NCs（紅光，綠光和藍(lán)光LED的EQE分別為8.6％，14.7％和3.4％）證明了所提出的方法具有優(yōu)越的通用性。結(jié)果表明，室溫合成可以避免傳統(tǒng)高溫?zé)嶙⑷敕ǖ姆爆�，可廣泛應(yīng)用于各種光電器件。相關(guān)論文以題為“Room-temperature synthesis of perovskite-phase CsPbI3 nanocrystals for optoelectronics via a ligand-mediated strategy”發(fā)表在Chemical Engineering Journal期刊上。

鈣鈦礦太陽電池研究新發(fā)現(xiàn)：人類頭發(fā)可提升效率、改善電池性能

澳大利亞的科學(xué)家們利用布里斯班一家理發(fā)店理下的人類頭發(fā)制造了一種 "盔甲"，提高了鈣鈦礦太陽能電池的功率轉(zhuǎn)換效率。

昆士蘭科技大學(xué)的研究人員利用頭發(fā)制造出了“碳點(diǎn)”——一種小于10納米的納米顆粒，形成了波浪狀的鈣鈦礦層，鈣鈦礦晶體被碳點(diǎn)包在其中。

據(jù)首席研究員 Hongxia Wang教授介紹，這一過程可以保護(hù)鈣鈦礦材料免受水分或其他環(huán)境因素的影響。"它創(chuàng)造了一個(gè)保護(hù)層，類似一種盔甲。"

（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）

中科院成功研制出高通量、大面積柔性甲脒基鈣鈦礦薄膜

據(jù)中國科學(xué)報(bào)報(bào)道：中科院大連化學(xué)物理研究所研究員劉生忠團(tuán)隊(duì)與陜西師范大學(xué)副研究員馮江山團(tuán)隊(duì)合作，在大面積鈣鈦礦太陽電池研究方面取得新進(jìn)展。他們采用真空沉積法并結(jié)合低溫退火策略，制備了400平方厘米剛性和300平方厘米柔性高質(zhì)量甲脒基鈣鈦礦薄膜，并將此薄膜運(yùn)用到蒸發(fā)甲脒基鈣鈦礦太陽電池上，獲得了文獻(xiàn)可查蒸發(fā)鈣鈦礦太陽電池的最高轉(zhuǎn)換效率。

（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）

該研究中，采取真空交替沉積技術(shù)并結(jié)合低真空低溫退火策略，有效調(diào)控鈣鈦礦薄膜的形核和晶粒生長，在400平方厘米剛性和300平方厘米柔性基底上實(shí)現(xiàn)大尺寸、高致密、高質(zhì)量CsxFA1—xPbI3薄膜制備，結(jié)合Spiro—OmetaD空穴傳輸層制備的鈣鈦礦太陽電池，轉(zhuǎn)換效率達(dá)21.32%，是文獻(xiàn)可查的真空法制備鈣鈦礦太陽電池的最高轉(zhuǎn)換效率。

此外，合作團(tuán)隊(duì)還結(jié)合真空法制備的空穴傳輸層，實(shí)現(xiàn)了全真空法制備鈣鈦礦太陽電池，轉(zhuǎn)換效率達(dá)18.89%，未封裝鈣鈦礦太陽電池可在空氣環(huán)境下暗態(tài)保存189天，效率提升1%，展示了全真空法制備鈣鈦礦太陽電池具有較高的穩(wěn)定性。

資訊來源：科技日報(bào)、DeepTech深科技、前瞻網(wǎng)、全國能源信息平臺(tái)、太陽能發(fā)電網(wǎng)、PV-Tech、材料科學(xué)與工程等。

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）

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