超薄氧化鋁保護層提升鈣鈦礦太陽能電池穩(wěn)定性

近日，荷蘭埃因霍溫理工大學和ECN研究機構的研究人員發(fā)現(xiàn)，添加幾納米的氧化鋁薄層可防止鈣鈦礦太陽能電池免于受到濕度的影響，這一點仍然是鈣鈦礦太陽能電池商業(yè)應用的主要障礙。此項研究成果發(fā)布在《能源與環(huán)境科學》雜志中。令人意外的是，電池產(chǎn)能還提升了3%。

鈣鈦礦太陽能電池近年來經(jīng)歷了快速發(fā)展。鈣鈦礦這種礦物擁有與鈣鈦氧化物(CaTiO 3)相同的晶體結構，此種類型的太陽能電池產(chǎn)能在短短幾年內(nèi)上升到22%。

然而，暫時此鈣鈦礦電池的一個缺點是濕度的破壞效應：空氣中的水蒸氣與鈣鈦礦晶體發(fā)生反應，導致產(chǎn)率降低。這種不穩(wěn)定性是阻礙商業(yè)化的絆腳石。

研究人員使用幾個氧化鋁原子層覆蓋鈣鈦礦的敏感層，以防止由濕度引起的性能退化。氧化鋁原子層包含在太陽能電池內(nèi)，介于鈣鈦礦層和電接觸層之間。選擇氧化鋁(Al2O3)主要是因為它能在任何類型的表面上快速形成。

雖然氧化鋁具有導電絕緣性，但通過將其厚度限制至1納米或更薄，仍然可以用作介于半導體鈣鈦礦和導電接觸之間的緩沖層，然后電荷載流子將電力傳輸?shù)浇^緣體層。

研究人員將帶有氧化鋁層的電池和不帶氧化鋁層的電池進行對比發(fā)現(xiàn)。在暴露于潮濕空氣兩個月后，含有氧化鋁層的電池產(chǎn)能達到原產(chǎn)能的60%-70%，而傳統(tǒng)電池僅為12%。

此外，電池產(chǎn)能也從15% 提升至18%，這是此項研究成果的額外收貨。

此前的研究通常嘗試將氧化鋁層安裝到電池外部，但此保護性氧化鋁層并未安裝到電池外部。這樣太陽能電池的兩側就可以添加很多種材料，鈣鈦礦層可以獲取最大透光率，保證電流最佳利用率。