js金沙国际_金沙国际唯一官网

热门关键词: js金沙国际,金沙国际唯一官网
来自 生命科学 2020-03-17 04:55 的文章
当前位置: js金沙国际 > 生命科学 > 正文

染料敏化太阳能电池转换效率骤增突破15%

瑞士洛桑联邦理工学院教授迈克尔格兰泽尔(Michael Gratzel)的研究小组、英国牛津大学和日本桐荫横滨大学的研究小组,分别独立开发出了转换效率超过15%的固体型染料敏化太阳能电池。约在半年左右的时间内就将转换效率提高了约4个百分点,大大超过了其他有机类太阳能电池。

贴合在一起的两种太阳能电池的截面图。上为钙钛矿太阳能电池,下为CIGS类太阳能电池

这种DSSC采用钙钛矿相的有机无机混合结晶材料CH3NH3PbI3作为染料敏化材料,并用由有机材料构成的空穴输送材料取代了电解液。洛桑联邦理工学院开发的DSSC由玻璃、FTO、TiO2、CH3NH3PbI3、HTM及Au等构成。而牛津大学等开发的DSSC还与TiO2一同采用了铝材。作为采用有机材料和无机材料制造的太阳能电池,两者首次实现了可与结晶硅型太阳能电池相匹敌的转换效率。

美国斯坦福大学的研究人员发现,通过在现有太阳能电池上层叠使用钙钛矿材料的太阳能电池,可以有效提高转换效率。相关论文已发表在学术期刊《Energy Environmental Science》上。论文中指出,这项技术可以低成本提高硅类太阳能电池和CIGS类太阳能电池的转换效率。

采用固体电解质大幅提高转换效率

钙钛矿材料是指3个元素或分子的化学式为ABX3的晶体结构材料。A构成立方晶体,X位于立方晶体各面的中心、构成八面体,而B位于立方体与八面体共同的中心。由于A和B多为过渡金属,X多为氧原子,因此还表记为ABO3等。其中,钙钛矿材料的始祖钛酸钙就是这种结构材料的一个典型的例子。

这种结构的DSSC的前身是日本桐荫横滨大学教授宫坂力的研究小组于2009年4月提出的太阳能电池。当时,很多人尝试采用无机半导体微粒量子点作为敏化材料,制造量子点增感型太阳能电池。宫坂指出量子点效率低,并且存在电流反向流动等许多课题。因此,将目光转向了CH3NH3PbI3。

最近,在太阳能电池上采用钙钛矿材料的技术备受关注。这是因为,在染料敏化太阳能电池的色素部分采用钙钛矿材料的钙钛矿敏化太阳能电池的转换效率在最近5年里迅速提高,有的开发品的转换效率甚至超过了20%。这种钙钛矿材料中,A为铅、B为CH3NH3等有机分子、X为碘等卤素元素这样的构成非常多。

js金沙国际,CH3NH3PbI3不仅能高效吸收从可见光到波长800nm的广谱光,还具有能在TiO2等多孔质材料上直接化学合成的特点。非常适合涂布工艺。

斯坦福大学也尝试在现有太阳能电池上层叠由Pb和I构成的钙钛矿型太阳能电池,来提高太阳能电池的转换效率。钙钛矿材料层可通过涂布工艺形成,成本较低。因此,这样能以低成本提高转换效率。

不过,宫坂等人在2009年试制时,采用了传统的DSSC电解液,转换效率只有3.8%。之后,2012年来到宫坂研究室的牛津大学研究人员,用一般用作固体型DSSC的HTM的螺二芴化合物取代了电解液,结果转换效率首次突破10%,达到了10.9%。后来,随着工艺不断优化,转换效率仅约半年时间就猛增至15.36%。

斯坦福大学表示结果令人印象深刻。具体来说,在转换效率仅11.4%的硅类太阳能电池上层叠转换效率为12.7%的钙钛矿太阳能电池,其整体的转换效率提高到了17%。

图1:远远超越其他太阳能电池

另外,在转换效率为17%的CIGS类太阳能电池上层叠转换效率为12.7%的钙钛矿太阳能电池后,整体的转换效率提高到了18.6%。

将来转换效率还可能达到21%

层叠方法是机械叠层,也就是将各自独立的钙钛矿太阳能电池和现有太阳能电池的各单元贴合在一起。

本文由js金沙国际发布于生命科学,转载请注明出处:染料敏化太阳能电池转换效率骤增突破15%

关键词: