日本國家材料科學(xué)研究所開發(fā)了一種耐用的鈣鈦礦型太陽能電池，面積僅為1平方厘米，能夠在陽光下以超過20%的光電轉(zhuǎn)換效率(即發(fā)電效率)連續(xù)發(fā)電1000多個(gè)小時(shí)。由于這種太陽能電池可以在大約100℃的溫度下在塑料材料表面制造，因此這項(xiàng)技術(shù)將能用于開發(fā)輕型、多功能的太陽能電池。
鈣鈦礦型太陽能電池被認(rèn)為是下一代太陽能電池，具有廣闊的應(yīng)用前景，因?yàn)樗鼈儽葌鹘y(tǒng)太陽能電池更容易生產(chǎn)，且成本更低。然而，鈣鈦礦型太陽能電池也有缺點(diǎn)：當(dāng)它們與水分子反應(yīng)時(shí)很容易降解。事實(shí)證明，它們很難實(shí)現(xiàn)既耐用又高效。
大多數(shù)鈣鈦礦型太陽能電池都有相似的發(fā)電機(jī)制。當(dāng)鈣鈦礦層吸收陽光時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電子和空穴。然后，這些電子和空穴分別遷移到相鄰的電子傳輸層和空穴傳輸層，它們在此處流動(dòng)以產(chǎn)生電流。為了同時(shí)提高鈣鈦礦型太陽能電池的效率和耐用性，這些層和它們之間的界面需要使電子和空穴能夠更自由地通過，同時(shí)使界面不透水分子。
該研究團(tuán)隊(duì)在電子傳輸層和鈣鈦礦層之間的界面中添加了含有疏水氟原子(5F-phz)的肼衍生物。這種界面成功地阻止了穿透電子傳輸層的水分子與鈣鈦礦層接觸，從而提高了太陽能電池的耐久性。該界面的使用還減少了鈣鈦礦層表面形成的結(jié)晶缺陷的數(shù)量，這是導(dǎo)致發(fā)電效率下降的一個(gè)原因。此外，該團(tuán)隊(duì)在空穴傳輸層和鈣鈦礦層之間的界面添加了一種膦酸衍生物(MeO-2PACz)，最大限度地減少了空穴傳輸層中缺陷的形成，從而提高了太陽能電池的發(fā)電效率。
這項(xiàng)研究發(fā)表在最近的《先進(jìn)能源材料》上。今后，該團(tuán)隊(duì)還計(jì)劃創(chuàng)建可集成到界面中的分子數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的研究，設(shè)計(jì)可改善界面特性的分子，開發(fā)更高效、更耐用的鈣鈦礦太陽能電池。(記者張佳欣)
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