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牛津研究人员创造更简单，更便宜的太阳能电池

时间：2021-09-18 17:25:03 来源：

山姆持有数百个Perovskite细胞中的一个亨利的团队在实验室中生产。半透明棕片是钙钛矿层，但如果需要，它可以调整到其他颜色。穿过钙钛矿的三条暗条是用于测试目的的电极。在商业面板中，例如在窗口上，电极不需要可见。

通过努力提高钙钛矿效率，牛津大学的科学家正在创造更简单和更便宜的太阳能电池。

在过去的四年中，由叫做佩罗夫斯克斯的材料制成的太阳能电池已经达到了其他技术几十年来实现的效率，但直到最近没有人知道为什么。

由于2009年首次使用Perovskite以产生3％的高效光伏（PV）细胞，科学家迅速发展了该技术，以实现超过15％的效率，超越其他新兴的太阳能技术，该技术尚未打破14％的屏障。

牛津大学的科学家们在科学中报道，揭示了佩罗夫斯基斯成功的秘诀在于一个被称为扩散长度的财产，并制定了一种让它更好地制作十倍。

“扩散长度使得光伏（PV）膜可以是多么厚的厚度，”萨姆斯特克斯解释说，在牛津大学的物理系中导致了亨利斯斯泰群体的发现。“如果扩散长度太低，你只能使用薄膜，所以细胞无法吸收太大的阳光。

那么为什么扩散长度如此重要？

PV电池由两种类型的材料制成，称为P型和N型半导体。P型材料主要含有带正电的“孔”和N型材料，主要含有带负电的电子。它们在'p-n交叉点相遇，其中电荷差异产生电场。

当光颗粒（光子）与电子碰撞时，细胞产生电力，产生“激发的”电子和孔。P-N结的电场将激发电子朝向N侧和朝向P侧的孔引导。它们被金属触点，电极拾取，使它们能够在电路周围流动以产生电流。

“扩散长度告诉您在重新组合之前抵消载流子（电子和孔）的平均距离，”Sam解释道。'重组在激发的电子和孔相遇时发生，留下低能量电子，这失去了从阳光下获得的能量。

“如果扩散长度小于材料的厚度，则大多数电荷载流子将在到达电极之前重新组合，因此您只能获得低电流。你想要两到三倍的扩散长度，只要厚度收集几乎所有的费用。“

太阳能电池的厚度总是一个折衷 - 如果它们太薄，它们不会吸收大量光线，但如果它们太厚，则内部的电荷载体将无法穿过。更长的扩散长度允许更高效的电池整体，因为它们可以使它们更厚而不会损失多重电荷载体。科学家可以通过将细胞安排成复杂的结构来解决这个问题，而是迄今为止尚未经过商业化的耗时和复杂的过程。

以前，研究人员能够使用具有大约100纳米（NM）的钙钛矿化合物，使钙钛矿细胞培养至15％的效率。但是通过将氯离子添加到混合物中，亨利的组实现了超过1000nm的扩散长度。这些改进的细胞可以达到15％的效率，而无需复杂的结构，使其更便宜，更容易生产。

“能够以简单的平坦结构制作15％的效率细胞产生巨大的差异。我们只是为了研究目的而制作了数百个，这是一个简单的过程。我希望我们将在未来几年内看到商业用途的钙钛矿细胞。它们非常便宜，已验证高效率，也是半透明的。我们也可以调整颜色，因此您可以在办公室窗口中以美学上令人愉悦的方式安装它们。

在如此短的时间后，钙钛矿细胞显示出商业潜力是其梦幻般的性质。我们很可能在未来几年内看到肺精细胞，效率为20-30％，以成本的一小部分提供与标准硅电池相同的电力。

“现在是在该领域工作的真正令人兴奋的时刻，”萨姆说。“这是一个如此迅速的领域，我希望看到它在未来几年内进一步发展。令人难以难以置信的是，到目前为止，所有这些进步都是在学术环境中取出的，但在工业制造商开始作为严重竞争者开始佩洛夫斯基耐力细胞不会很长。“

出版物：Electron-Have扩散长度超过1微米在有机计量的Trihalide Perovskite吸收器中，“2013年10月18日科学：卷。 342号。 6156 pp 341-344; DOI：10.1126 / Science.1243982

图像：牛津大学


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