钙钛矿太阳能电池得到升级

大米材料科学家使用无机成分来限制缺陷，保持效率

莱斯大学的科学家们认为，他们已经克服了阻碍钙钛矿太阳能电池实现主流应用的主要障碍。

水稻博士后研究员贾亮持有全无机材料开发的钙钛矿太阳能电池。通过消除有机成分来控制电池中的缺陷，可以使电池在保持功率转换效率的同时更加健壮。杰夫·菲特洛拍摄

通过战略的使用元素铟取代在钙钛矿的一些领先,水稻材料科学家6月卢布朗和他的同事在工程学院说他们能更好地工程师cesium-lead-iodide太阳能电池的缺陷,影响化合物的带隙,太阳能电池效率的一个关键属性。

作为一个附带的好处，该实验室的新配方电池可以在露天环境下制造，使用时间可达数月而不是几天，太阳能转换效率略高于12%。

Rice小组的研究结果发表在《先进材料》杂志上。

钙钛矿是一种具有立方晶格的晶体，被认为是高效的光收割机，但这种材料往往会受到光、湿度和热量的影响。

不是米钙钛矿，卢说。

“从我们的角度来看，这是一个新的东西，我认为它代表了一个重要的突破，”他说。“这与传统的主流钙钛矿不同，人们已经谈论了10年——无机-有机混合，到目前为止，你能得到最高的效率，大约25%。但是这种材料的问题是它的不稳定性。

楼说:“工程师们正在开发封盖层和其他东西，以保护这些珍贵、敏感的材料不受环境影响。”“但本质上不稳定的材料本身很难有什么不同。这就是为什么我们开始做一些不同的事情。”

据莱斯大学的科学家说，全无机钙钛矿太阳能电池样品是迈向商用的一步。杰夫·菲特洛拍摄

Rice博士后研究员和主要作者贾亮和他的团队构建并测试了钙钛矿太阳能电池，这些电池由无机铯、铅和碘组成，而这些电池往往会由于缺陷而迅速失效。但通过添加溴和铟，研究人员能够消除材料中的缺陷，将效率提高到12%以上，电压提高到1.20伏特。

作为奖励，这种材料被证明是非常稳定的。这些电池是在环境条件下制备的，能够承受休斯顿的高湿度，封装的电池在空气中保持稳定超过两个月，远远好于普通的铯-铅-碘电池所能坚持的几天。

梁说:“这种材料的最高效率可能是20%左右，如果我们能做到这一点，它就可以成为一种商业产品。”“与硅基太阳能电池相比，它有很多优势，因为合成成本非常低，它是基于解决方案的，而且容易扩大规模。基本上，你只要把它铺在基板上，让它晾干，你就有了太阳能电池。”

电子显微镜图像显示了全无机钙钛矿太阳能电池的横截面。从顶部看，这些层是碳电极、钙钛矿、氧化钛、掺杂氟的氧化锡和玻璃。标尺等于500纳米。由卢集团提供

论文的合著者是中国西北工业大学的肖涵;复旦大学，上海;莱斯大学的研究生张博宇、方琪一、奥格尔、博士后研究员张静、学术访问学者艾青、研究专家坦基·特里耶以及生物工程、材料科学和纳米工程副教授安吉尔·马蒂。卢是材料科学、纳米工程和化学的教授。

Peter M.和Ruth L. Nicholas在纳米技术方面的博士后奖学金、Welch基金会、中国奖学金委员会和国家科学基金资助了这项研究。