·一個國際研究團(tuán)隊開發(fā)了一種新技術(shù)用于提高倒置鈣鈦礦太陽能電池的耐用性。過去的研究表明，鈣鈦礦太陽能電池在1500小時-2000小時后效率往往會顯著下降。此次研究人員設(shè)計了含有“1,3-雙（二苯基膦）丙烷”（英文別名DPPP）的鈣鈦礦電池，其整體功率轉(zhuǎn)換效率保持在大約3500小時的水平。

科學(xué)家利用鈣鈦礦的可調(diào)性制造出了與硅性質(zhì)類似的半導(dǎo)體。

一個國際研究團(tuán)隊開發(fā)了一種新技術(shù)用于提高倒置鈣鈦礦太陽能電池的耐用性，這是推動這種新興光伏技術(shù)商業(yè)化的重要一步，可降低太陽能利用成本。相關(guān)論文日前發(fā)表在《科學(xué)》上。

所有光伏太陽能電池都依賴于半導(dǎo)體，從而將光能轉(zhuǎn)化為電能。自20世紀(jì)50年代以來硅一直是太陽能電池的主要半導(dǎo)體材料。在尋找硅的替代品過程中，科學(xué)家利用鈣鈦礦的可調(diào)性制造出了與硅性質(zhì)類似的半導(dǎo)體。

傳統(tǒng)太陽能電池由極高純度的硅晶圓制成，而鈣鈦礦太陽能電池由納米級晶體制成。這些鈣鈦礦晶體可以分散到液體中，并使用低成本的成熟技術(shù)旋涂在表面。通過調(diào)節(jié)晶體薄膜的厚度和化學(xué)成分，就可以調(diào)節(jié)鈣鈦礦吸收光的波長。調(diào)到不同波長的鈣鈦礦層甚至可以堆疊在彼此之上，或堆疊在傳統(tǒng)的硅太陽能電池之上，形成了能夠吸收更多太陽光譜的“串聯(lián)”電池。

“鈣鈦礦太陽能電池有潛力克服硅太陽能電池固有的效率限制。”加拿大多倫多大學(xué)工程學(xué)教授泰德·薩金特（Ted Sargent）表示，但鈣鈦礦仍然落后于硅的一個原因是長期耐用性。近年來，薩金特及其合作者在提高鈣鈦礦太陽能電池性能方面取得了一些進(jìn)展，而其最新工作著眼于鈣鈦礦電池耐久性挑戰(zhàn)。“在這項研究中，我們使用了一種合理的設(shè)計方法，以一種獨特的新方式來解決這個問題。”

載流子是可以自由移動的帶有電荷的物質(zhì)微粒，論文作者Chongwen Li表示，鈣鈦礦太陽能電池的一個關(guān)鍵弱點是載流子傳輸層，也就是鈣鈦礦層和相鄰層之間的界面。這些相鄰層獲得了流經(jīng)電路的電子，如果鈣鈦礦層和這些層之間的化學(xué)鍵被光或熱破壞，電子無法進(jìn)入電路，就會降低電池的整體效率。為了解決這個問題，美國托萊多大學(xué)、華盛頓大學(xué)、美國西北大學(xué)以及加拿大多倫多大學(xué)的研究人員用計算機(jī)模擬預(yù)測哪種分子最適合在鈣鈦礦層和電荷傳輸層之間建立“橋梁”。

此前的研究表明，路易斯堿分子有助于在這些層之間形成牢固的化學(xué)鍵。此次研究人員通過模擬預(yù)測發(fā)現(xiàn)，含有磷元素的路易斯堿分子效果最好，一種名為“1,3-雙（二苯基膦）丙烷”（英文別名DPPP）的化學(xué)物質(zhì)性能最佳。他們設(shè)計了含有DPPP的倒置鈣鈦礦太陽能電池和不含DPPP的電池，實驗表明，在沒有額外加熱的情況下，含有DPPP的鈣鈦礦電池整體功率轉(zhuǎn)換效率保持在大約3500小時的水平。而過去的研究表明，鈣鈦礦太陽能電池在1500小時-2000小時后效率往往會顯著下降。

該團(tuán)隊已為DPPP技術(shù)申請專利，商業(yè)太陽能電池制造商也對此感興趣。研究人員表示，相比DPPP，可能還有更好的分子，他們最終希望鈣鈦礦太陽能電池能夠在商業(yè)上與硅電池競爭，但還有很長的路要走。