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钙钛矿光伏材料近期研究进展一览

平安
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楼主 发表于:2021-05-12 12:05:13
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改进型钙钛矿光电池可降低能量损失

俄罗斯国立研究型技术大学(MISIS)科研人员使用氧化镍纳米粒子和结构开发出一种新型光电池,可为物联网无线设备、健身跟踪器、智能手表和耳机提供能量。相关研究结果近日发表在国际期刊《太阳能材料及电池 》上。

近年来,物联网无线设备和传感器市场发展迅速,而为这些设备提供能源的是低功耗和功率约为1微瓦的自主能源,微小的钙钛矿光电池是其中的一种解决方案,即使在室内灯光下充电也能保证能量储备。钙钛矿光电池的效率约为25%,与半导体相当,但更容易制造。而钙钛矿是一种矿物,具有假立方晶体结构和一些独特的特性,广泛用于能源领域。

钙钛矿光电池对光强度要求低,但它们有一些缺点——生产成本高、能量损失大和持续运行期间最大功率会降低。MISIS未来太阳能实验室的科研人员使用氧化镍纳米粒子和结构,开发出一种新的平面光电池,简化了生产技术,降低了能量损失。

未来太阳能实验室研究员塔季扬娜·克玛利切娃称,平面光电池如同三明治,由转移负电荷的半导体、钙钛矿和转移正电荷的半导体三层组成,改换导体类型,使用氧化镍转移正电荷,在光照度为400勒克司(即标准室内照明)时,其功率密度可达每平方厘米28.4微瓦,这是硅光电池功率密度的2.5倍。

科学家创造世界纪录,突破大面积钙钛矿电池21.6%光电转化率

目前,中国的电力市场主要是火力发电和水力发电,光伏发电比例正在逐年增加。钙钛矿太阳能电池会成为未来的主流吗?如果钙钛矿太阳能电池能真正实现产业化,那么,从成本上来说,光伏发电将有可能更加便宜。

钙钛矿较低的成本是它最大的竞争力,并且含有丰富的碳、氢、氮、碘、铅等化学元素,曾被专业人士认定是太阳能电池领域最有发展潜力的材料。在此基础上,如何更加稳定、高效成为钙钛矿太阳能电池研究的热门方向。

澳大利亚国立大学(ANU)博士后彭军在Science发表了题为《用聚合物钝化钙钛矿太阳能电池,纳米级局部接触实现高填充因子》(Nanoscale localized contacts for high fill factors in polymer-passivated perovskite solar cells)的论文。

论文表示,其在太阳能转化为电能方面取得了21.6%的效率,这是针对1平方厘米以上面积钙钛矿太阳能电池的新世界纪录。这意味着,这种钙钛矿电池在阳光照射下,每平方米可以产生216瓦的电能。

太阳能电池性能得到提升!科学家成功制造钙钛矿/硅双层单片电池

硅太阳能电池板可以将光能转化为电能,常规串联太阳能电池可以通过吸收额外波长的光转化为电能,且相较于前者更加有效。不仅如此,研究人员已经意识到,使用双面串联配置,即利用传统硅基层和钙钛矿制成的另一层“串联”组合的新系统,可以搜集到更多的能量,还可以捕获许多原本浪费的、从地面反射和散射的光(称为“反照率”)来显著增加串联太阳能电池的电流。

2021年1月11日,国际合作组织(包括阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)和U.T工程学院的研究人员)在《自然能源》杂志上发表了一篇名为《基于带隙工程的高效钙钛矿/硅双层单片太阳能电池》(Efficient bifacial monolithic perovskite/silicon tandem solar cells via bandgap engineering)的论文。论文概述了该团队设计钙钛矿/硅设备,并超过目前公认的串联配置性能极限的全部过程。

这项研究得出了双面单片钙钛矿/硅串列太阳能电池利用环境中的漫反射光反照率,使其性能优于单面钙钛矿/硅串列太阳能电池的结论。该研究团队首先报告了在单面AM1.5G阳光的照射下,经认证的功率转换效率大于25%的双面串联在户外测试下,其发电密度高达26mWcm-2的结果。

《自然》子刊:研究人员开发了一种可重复制造高效钙钛矿太阳能电池的通用方法

来自德累斯顿工业大学应用物理研究所(IAP)和德累斯顿电子发展中心(cfaed)的研究人员开发了一种可重复制造高效钙钛矿太阳能电池的通用方法。他们的研究已经发表在《自然通讯》杂志上。

钙钛矿是19世纪初首次报道的一类材料,2009年被“重新发现”,作为一种可能用于太阳能电池发电的材料。从那时起,它们就席卷了光伏研究界,以前所未有的速度达到了新的效率记录。这种改进速度如此之快,以至于到2021年,仅仅经过10年多的研究,它们就已经实现了与传统硅器件类似的性能。让钙钛矿特别有前途的是它们的生成方式。硅基器件很重,需要在高温下制造,而钙钛矿器件则很轻,成型时只需要最小的能量投入。正是这种高性能和简易制造的结合,激发了研究界的热情。

来自Yana Vaynzof教授的新兴电子技术小组的研究人员发现,钙钛矿薄膜形成过程中的基本过程强烈地影响了光伏器件的再现性。当从溶液中沉积钙钛矿层时,反溶剂滴到钙钛矿溶液上以触发其结晶。“我们发现,钙钛矿与抗溶剂的接触时间对最终器件性能有显著影响,直到现在,这个变量在研究界都没有被注意到。” 这项研究的第一作者Alexander Taylor博士说,“这与某些抗溶剂至少可以部分溶解钙钛矿层的前体,从而改变其最终组成有关。此外,抗溶剂与钙钛矿溶液溶剂的互溶性影响了它们触发结晶的效果。”

重磅!钙钛矿不再“怕湿度”,光电转化效率达到24.1%!

相比于传统的单晶硅电池,钙钛矿光伏材料因轻薄、低廉、环保、可柔性等优势,成为研究热点。在传统认识上,钙钛矿光伏材料怕水、怕空气,尤其是以甲脒基钙钛矿为代表的钙钛矿光伏材料非常“敏感”,容易老化、功能衰减,因此,需要在惰性气体的保护下才能制备。同时,在现有认知范围内,只有不超过5种溶剂能被应用到钙钛矿材料中,如此多的“痛点”让钙钛矿的扩大应用举步维艰。

3月26日,国际顶级期刊《科学》发表一项重要研究,中国科学院院士黄维、南京工业大学先进材料研究院陈永华教授团队开创性地提出以一种多功能的“离子液体”作为溶剂,来替代传统有机溶剂制备钙钛矿光伏材料,实现了黑相甲脒铅碘钙钛矿在室温、高湿度环境下的稳定性,解决了传统钙钛矿光伏材料制备过程中的世界性难题。

郑大《CEJ》:首次提出一种在室温合成钙钛矿纳米晶的策略

CsPbI3钙钛矿相NCs因其全无机成分的高热稳定性而受到发光二极管(LEDs),太阳能电池和光电探测器(PDs)的广泛关注。然而,由于热不平衡诱导的亚稳态(黑色)向稳定的(黄色)相变,在室温下合成CsPbI3钙钛矿相NCs仍然是一个主要的挑战。

在此,郑州大学宋继中教授团队首次提出了一种在非极性溶剂中于室温下合成γ-相CsPbI3钙钛矿型NCs的配体介导策略。作者发现,引入4-十二烷基苯甲磺酸(DBSA)配体可以防止CsPbI3从γ相变为δ相,这归因于强大的键合和空间位阻,抑制了角共享八面体的变形。合成后的CsPbI3钙钛矿型NCs很好地分散在有机溶剂中,这些有机溶剂可以用作油墨来构造溶液加工的光电器件的活性层(PDs的开/关比为200,LEDs的外部量子效率(EQE)接近6%)。通过成功合成有效的红绿蓝CsPbX3 NCs(红光,绿光和蓝光LED的EQE分别为8.6%,14.7%和3.4%)证明了所提出的方法具有优越的通用性。结果表明,室温合成可以避免传统高温热注入法的繁琐,可广泛应用于各种光电器件。相关论文以题为“Room-temperature synthesis of perovskite-phase CsPbI3 nanocrystals for optoelectronics via a ligand-mediated strategy”发表在Chemical Engineering Journal期刊上。

钙钛矿太阳电池研究新发现:人类头发可提升效率、改善电池性能

澳大利亚的科学家们利用布里斯班一家理发店理下的人类头发制造了一种 "盔甲",提高了钙钛矿太阳能电池的功率转换效率。

昆士兰科技大学的研究人员利用头发制造出了“碳点”——一种小于10纳米的纳米颗粒,形成了波浪状的钙钛矿层,钙钛矿晶体被碳点包在其中。

据首席研究员 Hongxia Wang教授介绍,这一过程可以保护钙钛矿材料免受水分或其他环境因素的影响。"它创造了一个保护层,类似一种盔甲。"



(图片来源:网络)

中科院成功研制出高通量、大面积柔性甲脒基钙钛矿薄膜

据中国科学报报道:中科院大连化学物理研究所研究员刘生忠团队与陕西师范大学副研究员冯江山团队合作,在大面积钙钛矿太阳电池研究方面取得新进展。他们采用真空沉积法并结合低温退火策略,制备了400平方厘米刚性和300平方厘米柔性高质量甲脒基钙钛矿薄膜,并将此薄膜运用到蒸发甲脒基钙钛矿太阳电池上,获得了文献可查蒸发钙钛矿太阳电池的最高转换效率。


(图片来源:网络)

该研究中,采取真空交替沉积技术并结合低真空低温退火策略,有效调控钙钛矿薄膜的形核和晶粒生长,在400平方厘米刚性和300平方厘米柔性基底上实现大尺寸、高致密、高质量CsxFA1—xPbI3薄膜制备,结合Spiro—OmetaD空穴传输层制备的钙钛矿太阳电池,转换效率达21.32%,是文献可查的真空法制备钙钛矿太阳电池的最高转换效率。

此外,合作团队还结合真空法制备的空穴传输层,实现了全真空法制备钙钛矿太阳电池,转换效率达18.89%,未封装钙钛矿太阳电池可在空气环境下暗态保存189天,效率提升1%,展示了全真空法制备钙钛矿太阳电池具有较高的稳定性。


资讯来源:科技日报、DeepTech深科技、前瞻网、全国能源信息平台、太阳能发电网、PV-Tech、材料科学与工程等。