溶剂研究解决了太阳能电池耐久性难题

莱斯大学的工程师表示，他们已经解决了一个长期存在的难题，即用卤化物钙钛矿制造稳定、高效的太阳能电池板。需要找到合适的溶剂设计来应用所需成分和厚度的2D顶层，而不会破坏3D底层(反之亦然)。这样的电池将比单独的任何一层将更多的阳光转化为电能，具有更好的稳定性。

莱斯大学乔治·R·布朗工程学院的化学和生物分子工程师AdityaMohite和他的实验室在《科学》杂志上报道了他们成功地制造出可提供24.5%功率转换效率的薄3D/2D太阳能电池。

Mohite说，这与大多数市售太阳能电池一样有效。

他说：“这对于光线从两侧进入的柔性双面电池以及背面接触的电池非常有用。”“2D钙钛矿吸收蓝色和可见光子，3D面吸收近红外。”

钙钛矿是具有立方体晶格的晶体，已知是高效的光收集器，但这些材料往往会受到光、湿气和热的影响。Mohite和许多其他人多年来一直致力于使钙钛矿太阳能电池实用化。

他说，新的进展在很大程度上消除了商业生产的最后一个主要障碍。

“这在多个层面都很重要，”Mohite说。“一个是当两层是相同的材料时，制造溶液处理的双层从根本上具有挑战性。问题是它们都溶解在相同的溶剂中。

“当你将2D层放在3D层上时，溶剂会破坏下面的层，”他说。“但我们的新方法解决了这个问题。”

Mohite说，二维钙钛矿电池很稳定，但在转换阳光方面效率较低。3D钙钛矿效率更高，但稳定性较差。将它们结合起来结合了两者的最佳功能。

“这导致了非常高的效率，因为现在，在该领域，我们第一次能够创建具有巨大控制力的层，”他说。“它使我们不仅可以控制太阳能电池，还可以控制光电设备和LED的电荷和能量流动。”

他说，在相当于100%日光的实验室中暴露2000多个小时的测试电池的效率“甚至不会降低1%”。不计算玻璃基板，电池大约为1微米厚。

溶液处理在工业中得到广泛应用，并结合了一系列技术——旋涂、浸涂、刮涂、槽模涂布等——将材料沉积在液体的表面上。当液体蒸发时，纯涂层仍然存在。

关键是溶剂本身的两个特性之间的平衡：它的介电常数和古特曼供体数。介电常数是材料的电导率与其自由空间的比值。这决定了溶剂溶解离子化合物的能力。供体数是溶剂分子供电子能力的量度。

“如果你发现它们之间的相关性，你会发现大约有四种溶剂可以让你溶解钙钛矿并在不破坏3D层的情况下对其进行旋涂，”Mohite说。

他说，他们的发现应该与通常每分钟生产30米太阳能电池的卷对卷制造兼容。

“这一突破首次导致钙钛矿器件异质结构包含多个活性层，”合著者、法国雷恩国家科学技术研究所物理学教授杰基·埃文说。“用钙钛矿设计复杂半导体架构的梦想即将实现。新的应用和新物理现象的探索将是下一步。”

“这不仅对太阳能有影响，而且对绿色氢也有影响，因为电池可以产生能量并将其转化为氢，”Mohite说。“它还可以为汽车、无人机、建筑集成光伏甚至农业提供非电网太阳能。”

莱斯大学的研究生SirajSidhik是该论文的主要作者。

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