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近期，德國(guó)柏林亥姆霍茲中心（HZB）領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家為鈣鈦礦材料開發(fā)了一種添加劑，該添加劑可以起到“緩沖”的作用，保護(hù)脆弱的鈣鈦礦晶體免受溫度變化帶來(lái)的壓力。

鈣鈦礦半導(dǎo)體有望成為高效、低成本的太陽(yáng)能電池，但作為半有機(jī)材料，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池對(duì)溫差敏感，在正常的戶外使用中會(huì)很快導(dǎo)致衰減、損壞。因此，這一領(lǐng)域的科學(xué)家們都不斷致力于尋找提高穩(wěn)定性的新方法。

【資料圖】

HZB一個(gè)大型研究團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人AntonioAbate教授解釋說(shuō)，“陽(yáng)光可以將光伏電池內(nèi)部加熱到80℃；沒有光照后電池立即冷卻到環(huán)境溫度。這會(huì)在鈣鈦礦薄層中引發(fā)巨大的機(jī)械應(yīng)力，產(chǎn)生一些缺陷甚至局部相變，嚴(yán)重影響鈣鈦礦材料薄膜的質(zhì)量?！?/p>

據(jù)報(bào)道，此次HZB的科學(xué)家們?cè)阝}鈦礦電池穩(wěn)定性研究中取得了“里程碑式進(jìn)展”。他們發(fā)現(xiàn)，在前體鈣鈦礦溶液中添加偶極聚合物材料有助于晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，并能使電池效率遠(yuǎn)高于24%，在-60至+80℃進(jìn)行100次熱循環(huán)試驗(yàn)后性能幾乎不會(huì)下降。

Abate的團(tuán)隊(duì)和許多國(guó)際合作伙伴一起研究了不同鈣鈦礦太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，尋找如何顯著提高穩(wěn)定性的化學(xué)變化。經(jīng)他們研究發(fā)現(xiàn)，p-i-n架構(gòu)的鈣鈦礦薄膜通常效率比更常用的n-i-p架構(gòu)更好。最新研究成果已于近期發(fā)表在了《科學(xué)》雜志上。

不僅如此，該小組還發(fā)現(xiàn)，與一種被稱為b-pV2F（全名b-poly(1,1-二氟乙烯)）的聚合物化合物合作，可以進(jìn)一步提高p-i-n太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性。

Abate解釋說(shuō)，“這種聚合物似乎包裹在薄膜中的單個(gè)鈣鈦礦微晶體上，就像一個(gè)軟殼，可以幫助緩沖熱機(jī)械應(yīng)力?！?/p>

經(jīng)測(cè)試，尺寸為18平方毫米的電池的最大效率為24.6%，而較大的1平方厘米器件的效率為23.1%。這些電池在80攝氏度到-60攝氏度之間經(jīng)歷了100多次溫度循環(huán)，以及1000小時(shí)的持續(xù)照明。HZB表示，這大約相當(dāng)于在戶外使用一年。

此外，在25℃的模擬陽(yáng)光照射1000小時(shí)后，這些電池保留了96%的初始性能，在75℃下進(jìn)行測(cè)試時(shí)保留了88%。除了緩沖效應(yīng)外，添加劑還顯示出通過(guò)影響載流子的運(yùn)輸來(lái)提高電池的效率，使該小組創(chuàng)造了p-i-n器件效率記錄。

未來(lái)，HZB將致力于進(jìn)一步降低隨著時(shí)間的推移而損失的性能，使其達(dá)到商業(yè)設(shè)備所需的水平。

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