国际研究合作生产出具有高效率创纪录电压的全过氧化学物串联太阳能电池

多伦多大学工程学院、西北大学和托莱多大学之间的合作已经产生了一种具有极高效率和创纪录电压的完全过氧化物质连接太阳能。

该原型设备展示了这一新的兴光伏技术的潜力，它可以提供与传统太阳能电池相关的按键限制，同时还能提供更低廉的。

"(tedSargent)"："TedSargent)："the："进一步进一步太阳能的效率对于我们的经济正在进行的重要重要的工程系。

""虽然硅来经历了进步进步，但特性特性，其特性，其其效率效率效率和和成本成本成本存在固有有的的限制。。过氧化物这些这些其潜力。我们的最新研究确定了其中的一个关键原因，并指出了一条前进的道路"。

传统太阳能纯度高的的，其其的的制成能量成本很很高高。相比之下，包晶相比之下相比之下很很成本成本成本成本，包晶包晶高很液体中，并使用低成本、成熟的技术旋转涂到表面。

过氧化物优势是，通过优势是调整晶体和化学化学成分成分成分，制造商化学化学化学

在今天发表在《自然》杂志上的一篇新论文中，该国际研究小组使用了两个不同的过氧化物层，每个都被调谐到太阳光谱的不同部分，以产生所谓的串联太阳能电池。

"萨金特实验室的博士后研究员、这篇新论文的五位共同第一作者之一李崇文说："在我们的电池中，顶部的过氧化物层有一个更宽的带隙，在光谱的紫外线部分以及一些可见光中吸收良好。

"底层有一个狭窄的带隙，它更多地被调整到光谱的红外部分。在这两者之间，我们覆盖了比硅更多的光谱。"

这种串联设计使电池能够产生非常高的开路电压，这反过来又提高了其效率。但关键的创新来自于研究小组对过氧化物层(光被吸收并转化为激发电子的地方)和相邻层(被称为电子传输层)之间的界面进行分析。

"我们发现的是，跨越过氧化物层表面的电场--我们称之为表面电位--是不均匀的，"另一位共同第一作者、博士生艾丹-麦克斯韦说。

"这样做的效果是，在一些地方，受激电子很容易进入电子传输层，但在其他地方，它们只是与它们留下的空穴重新结合。这些电子在电路中丢失了。"

为了应对这一挑战，该团队将一种称为1,3-丙二铵(PDA)的物质涂覆到钙钛矿层的表面。尽管涂层的厚度只有几纳米，但效果却大不相同。

“PDA带有正电荷，它能够平衡表面电位，”另一位共同主要作者、博士后研究员陈浩说。

“当我们添加涂层时，钙钛矿层与电子传输层的能量对齐要好得多，这大大提高了我们的整体效率。”

该团队的原型太阳能电池面积为1平方厘米，并产生2.19电子伏特的开路电压，这是全钙钛矿串联太阳能电池的记录。其功率转换效率测得为27.4%，高于目前传统单结硅太阳能电池的记录。该电池还通过了科罗拉多州国家可再生能源实验室的独立认证，效率为26.3%。

该团队使用行业标准方法测量了新电池的稳定性，发现它在连续运行500小时后仍保持初始效率的86%。

“继续提高下一代太阳能电池的效率和稳定性是电力供应脱碳的关键优先事项，”斯坦福大学材料科学与工程系主任AlbertoSalleo教授说，他没有参与这项研究.

“该团队对钙钛矿太阳能电池的大带隙部分中关键界面(与电子提取层的连接)的限制因素有了深入的化学理解。这些来自基础科学的见解与创新的材料工程策略相结合，将继续推动该领域向前发展。”

研究人员现在将专注于通过增加流经电池的电流、提高稳定性和扩大电池面积来进一步提高效率，以便将其扩大到商业规模。

确定层间接口所起的关键作用也为未来可能的改进指明了方向。

“在这项工作中，我们专注于钙钛矿层和电子传输层之间的界面，但还有另一个重要的层可以提取电子留下的‘空穴’，”Sargent说。

“根据我在这个领域的经验，其中一件有趣的事情是，学习掌握一个界面并不一定会教你掌握其他界面的规则。我认为还有更多的发现有待完成。”

麦克斯韦说，钙钛矿技术能够与硅抗衡，尽管后者已经领先了数十年，但令人鼓舞。

“在过去十年中，钙钛矿技术的发展几乎与硅在过去40年中的发展持平，”他说。“想象一下再过十年它能做什么。”

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