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英国牛津大学开发无毒性溶剂:扫清钙钛矿太阳能电池商品化障碍

2016-10-28 264浏览 标签: 英国钙钛矿太阳能
研究背景

钙钛矿是一类具有钛酸钙晶体结构的材料,钙钛矿太阳能电池只用了短短几年的时间就达到了硅基太阳能电池的转换效率,但是却有着更为低廉的制备成本,因此得到了国内外专家学者的广泛关注。早在2009年,日本科学家就通过在染料敏化太阳能电池中复合一层钙钛矿(CH3NH3PbI3或CH3NH3PbBr3)当做光吸收层使用,制备出了早期的钙钛矿太阳能电池,但是转换效率不高,仅有3.8%。2012年,瑞士科学家Grätzel将空穴传输层引入到钙钛矿太阳能电池中,大幅提高电池的转换效率,随后的几年里,钙钛矿太阳能电池成为了“光伏”产业中的明星,一发而不可收。

但是,钙钛矿太阳能电池目前具有三项缺点有待解决,首先,钙钛矿太阳能电池含有铅元素,会对人畜和环境造成危害。其次,钙钛矿太阳能电池不稳定,遇水溶解。最后,使用寿命较短,硅基太阳能电池使用寿命可达25年,而钙钛矿太阳能电池仅可达到1千小时左右。
研究内容

2016年10月5日,来自英国牛津大学的研究团队开发了一种无毒性的溶剂,推进了钙钛矿太阳能电池的商品化进程。通过混合甲胺和氰化甲烷,该研究团队开发了一种清洁溶剂,具有低沸点、低粘度的特性,在室温下可快速结晶化钙钛矿薄膜,可涂覆大型太阳能电池板,并且令人兴奋的是,大量降低溶剂毒性的同时并未导致太阳能转换效率的降低。该研究团队组装成器件经过100°C热处理可获得超过18%的转换效率,真空干燥不经过热处理的器件可获得超过17%的转换效率,最大可获得125cm2的涂覆面积。

目前制备钙钛矿太阳能电池所使用的三种主要溶剂全部含有毒性,并且目前最高效的钙钛矿太阳能电池主要采用溶剂淬火工艺,很难从实验室级别发展到大规模生产级别,虽然气相沉积技术可以克服该项难题,却增加了生产成本。但是,这种材料的主要卖点之一就是其便宜的价格,并且可轻易地采用溶液处理的方式。
 

近年来,钙钛矿太阳能电池已经跃居到新兴太阳能领域的前沿,在效率方面已经可以与现有太阳能技术竞争。同时,钙钛矿还具有最短的“能量回收期”,即光伏发电系统几年内能把自己寿命周期内消耗的能量回收回来。显然,回收期愈短愈好。据说,太阳在90分钟内提供的能量,足以满足全世界一年的能源需求。


动态链接:http://www.ox.ac.uk/news/2016-10-05-non-toxic-solvent-removes-barrier-commercialisation-perovskite-solar-cells


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