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    25.2%!MIT設法提高鈣鈦礦光伏電池效率
     
    眾所周知,鈣鈦礦是最終取代硅作為太陽能電池板的首選材料。它們提供了在低成本、低溫環境下制造超薄輕質柔性電池的潛力,但由于它們將陽光轉化為電能的效率落后于硅和其他一些替代品,其前景一直受限。
    近期,美國麻省理工學院(MIT)的一組研究人員利用新方法將這種材料的效率提高到了25.2%,甚至超過了當今典型硅電池的轉化效率(通常在20%到22%之間),并為進一步的改進奠定了基礎。這項研究成果已于近期刊登在了著名科學期刊《自然》(Nature)上。
    據悉,研究人員通過在鈣鈦礦材料上添加一層經過特殊處理的二氧化錫導電層,這為電池中的載流子提供了一條改進的路徑,并通過修改鈣鈦礦公式,將其作為太陽能電池的整體效率提高到了25.2%。
    誠然,這幾乎已經是此類材料的最高記錄,使許多現有太陽能電池板的效率相形見絀。然而,與硅相比,鈣鈦礦的壽命仍然明顯滯后,世界各地的研究小組也正在研究改善這一短板的方法。
    鈣鈦礦是一類廣泛的材料,有大量可能的化學組合可以用于制造該材料。研究人員稱,這些材料吸引了全世界的興趣,因為“至少在理論上,它們可以比硅或砷化鎵便宜得多!边@部分是因為硅或砷化鎵的加工和制造需要持續超過1000攝氏度的高溫,而鈣鈦礦可以在低于200℃的條件下處理。
    此外,鈣鈦礦相對于硅或其他諸多候選替代品的另一個主要優勢是,它可以形成非常薄的層,同時仍能有效地捕捉太陽能。該研究作者之一、MIT化學教授Moungi Bawendi表示:“鈣鈦礦電池有潛力比硅電池輕幾個數量級!
    根據Bawendi的說法,該團隊提高材料效率的關鍵之一,是對構成鈣鈦礦太陽能電池的三明治結構的其中一層——電子傳輸層——的精確設計。
    據了解,鈣鈦礦本身有一層透明導電層,用于將電流從電池傳遞到需要使用的地方。然而,如果導電層直接附著在鈣鈦礦上,電子和它們對接的物體就會發生復合反應,使電子無法流動。在MIT研究人員的設計中,鈣鈦礦和導電層由一種改進的中間層隔開,這種中間層可以讓電子通過,同時防止復合。
    研究人員強調指出,由此帶來的效率提高已經使材料理論效率達到了該材料所能達到的理論最大效率的80%以上。
    在進一步的研究中,研究人員認為有兩個重要的方面可選擇,即繼續努力提高效率、專注于提高該材料的長期穩定性。目前,這種材料的長期穩定性僅有幾個月,而硅電池則可以穩定使用幾十年。
    但Bawendi指出,出于某些目的,“長壽”可能不是那么重要。許多電子設備,例如手機,無論如何都將在幾年內被替換,因此即使相對壽命較短的太陽能電池也可能有一些有用的應用。
     
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