近年來,鈣鈦礦材料正迅速成為太陽能領域的一種熱門候選材料。不過它的主要缺點之一,就是容易在陽光直射下被分解。好消息是,加州大學洛杉磯分校(UCLA)的一支研究團隊,剛剛介紹了一種可用于鈣鈦礦光伏面板的新涂層,特點是能夠提升其在陽光下的穩定性。
樣品照片(來自:UCLA/ Shaun Tan)
由近日發表于《自然》(Nature)雜志上的文章可知,UCLA 研究人員找到了問題發生的根本原因,并提出了可落實于制造過程中的簡單應用解決方案。
長期以來,硅基材料一直在太陽能電池領域占據相當高的地位,鮮有材料能夠與之在效率、耐用性、成本等方面相媲美。
不過近年,隨著金屬鹵化物研究的崛起,鈣鈦礦正迅速成長為一個它的一個有力競爭對手 —— 除了效率接近于硅基材料,它還更加輕便、靈活、以及低成本。
然而鈣鈦礦材料的一大問題,就是容易在陽光直射下被分解,因而效率也會隨著時間的推移而降低。
此前有研究人員嘗試添加大分子、舊顏料、由毛發制成的碳納米點、二維添加劑、辣椒化合物、甚至運用了量子點技術,來試圖挽救鈣鈦礦太陽能電池的耐久性問題。
慶幸的是,UCLA 團隊已經找到了鈣鈦礦材料發生分解的幕后機制。諷刺的是,這一現象竟然源于旨在修復缺陷、并提高其效率的表面處理工藝。
據悉,該過程涉及在表面涂上一層有機離子,但研究團隊發現了這么做的弊端 —— 攜帶能量的電子,會聚集在鈣鈦礦光伏面板的表面上。
更糟糕的是,這種情況又會反過來破壞鈣鈦礦原子的排列,最終導致其隨著時間的推移而被分解。
有鑒于此,UCLA 團隊想到了在表面處理流程中,為其配上正負離子對來解決這個問題。
這么做不僅有助于保持表面的中性和穩定,還不會對原始的缺陷預防處理工藝造成干擾。
為檢驗新涂層工藝的效果,研究人員在全天候的強光環境下,對改進后的鈣鈦礦太陽能電池板展開了模擬加速老化測試。
結果發現,新技術可讓鈣鈦礦光伏面板在 2000 小時后,仍維持高達 87% 的轉化效率。而未經處理的對照組,則會下滑至 65% 。
最后,研究合著者 Shaun Tan 表示:“我們的鈣鈦礦太陽能電池,達成了目前已知最穩定的高效率”。
與此同時,UCLA 團隊還奠定了新的基礎知識,讓社區可在此基礎上進一步開發和改進這項多位面的技術,以推動更穩定的鈣鈦礦太陽能電池的設計。