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新鈣鈦礦電池連續發電逾千小時?

10月10日消息,日本國家材料科學研究所開發了一種耐用的鈣鈦礦型太陽能電池,面積僅為1平方厘米,能夠在陽光下以超過20%的光電轉換效率(即發電效率)連續發電1000多個小時。由于這種太陽能電池可以在大約100℃的溫度下在塑料材料表面制造,因此這項技術將能用于開發輕型、多功能的太陽能電池。

鈣鈦礦型太陽能電池被認為是下一代太陽能電池,具有廣闊的應用前景,因為它們比傳統太陽能電池更容易生產,且成本更低。然而,鈣鈦礦型太陽能電池也有缺點:當它們與水分子反應時很容易降解。事實證明,它們很難實現既耐用又高效。

大多數鈣鈦礦型太陽能電池都有相似的發電機制。當鈣鈦礦層吸收陽光時,會產生電子和空穴。然后,這些電子和空穴分別遷移到相鄰的電子傳輸層和空穴傳輸層,它們在此處流動以產生電流。為了同時提高鈣鈦礦型太陽能電池的效率和耐用性,這些層和它們之間的界面需要使電子和空穴能夠更自由地通過,同時使界面不透水分子。

該研究團隊在電子傳輸層和鈣鈦礦層之間的界面中添加了含有疏水氟原子(5F-phz)的肼衍生物。這種界面成功地阻止了穿透電子傳輸層的水分子與鈣鈦礦層接觸,從而提高了太陽能電池的耐久性。該界面的使用還減少了鈣鈦礦層表面形成的結晶缺陷的數量,這是導致發電效率下降的一個原因。此外,該團隊在空穴傳輸層和鈣鈦礦層之間的界面添加了一種膦酸衍生物(MeO-2PACz),最大限度地減少了空穴傳輸層中缺陷的形成,從而提高了太陽能電池的發電效率。

這項研究發表在最近的《先進能源材料》上。今后,該團隊還計劃創建可集成到界面中的分子數據庫,進行數據驅動的研究,設計可改善界面特性的分子,開發更高效、更耐用的鈣鈦礦太陽能電池。

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