鈣鈦礦太陽(yáng)能電池性能退化問(wèn)題得解

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池有望提高光電轉(zhuǎn)換效率，但其存在一個(gè)最大的缺陷——在陽(yáng)光的照射下，其性能會(huì)隨著時(shí)間的流逝而退化。來(lái)自美國(guó)、中國(guó)和韓國(guó)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)在最新一期《自然》雜志撰文指出，他們對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的表面進(jìn)行了簡(jiǎn)單的處理，解決了退化問(wèn)題，掃清了薄膜太陽(yáng)能電池技術(shù)應(yīng)用道路上的最大障礙。

鈣鈦礦是一組與礦物質(zhì)鈣鈦氧化物擁有相同原子排列(晶體結(jié)構(gòu))的材料，“家族成員”之一金屬鹵化物鈣鈦礦因在高效節(jié)能薄膜太陽(yáng)能電池領(lǐng)域極具應(yīng)用潛力而備受關(guān)注。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制造成本比硅基太陽(yáng)能電池低得多，但其存在一個(gè)最大的缺陷——長(zhǎng)期暴露在光照下，其性能退化，如果能妥善解決這一問(wèn)題，將有助于太陽(yáng)能技術(shù)“飛入尋常百姓家”。

最新研究負(fù)責(zé)人、美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校材料科學(xué)與工程教授楊陽(yáng)解釋稱(chēng)，針對(duì)太陽(yáng)能電池缺陷，科學(xué)家們目前常見(jiàn)的處理方法是在其表面沉積一層有機(jī)離子，使表面帶負(fù)電。雖然這種處理方法旨在提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率，但它也使得電池表面堆積了太多電子。而這會(huì)破壞原子有序排列的穩(wěn)定性，隨著時(shí)間的推移，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率會(huì)越來(lái)越低，最終使其無(wú)法商業(yè)化。

鑒于這一發(fā)現(xiàn)，團(tuán)隊(duì)找到了解決電池性能退化的方法，讓帶正電的離子與表面帶負(fù)電的離子配對(duì)，這使表面電子變得更中性且穩(wěn)定。

團(tuán)隊(duì)測(cè)試了經(jīng)過(guò)處理后的太陽(yáng)能電池在能加速電池老化的條件下以及模擬陽(yáng)光全天候照明情況下的耐久性。結(jié)果表明，這些電池能在2000多個(gè)小時(shí)內(nèi)保持最初光電轉(zhuǎn)化效率的87%。相比之下，在同樣條件下，經(jīng)歷相同時(shí)間后，未經(jīng)處理的太陽(yáng)能電池性能下降到原來(lái)的65%。

研究人員表示：“我們的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是迄今為止報(bào)道的效率最穩(wěn)定的電池之一，我們的最新研究為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池技術(shù)商業(yè)化和廣泛采用奠定了基礎(chǔ)，業(yè)界人士可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和完善這一技術(shù)，以設(shè)計(jì)出更穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。”