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美国利用纳米尺寸约束产生新的具有特殊太阳能电池特性的全无机钙钛矿材料

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(原标题:美国利用纳米尺寸约束产生新的具有特殊太阳能电池特性的全无机钙钛矿材料)

 

[据固态电网站20161017日报道]  能源部的国家可再生能源实验室(NREL)的科学家第一次发现如何利用量子点制备出钙钛矿太阳能电池,并使用新材料将阳光转换为电能,效率为10.77%。

这项研究,量子点诱导产生稳定相a-CsPbI3钙钛矿,用于高效率钙钛矿太阳能电池,发布在科学杂志上。作者包括来自NRELAbhishek SwarnkarAshley MarshallErin SanehiraBoris ChernomordikDavid MooreJeffrey ChristiansJoseph Luther,以及科罗拉多矿业学院的Tamoghna Chakrabarti

除了开发量子点钙钛矿太阳能电池之外,研究人员发现了一种在室温下使全无机钙钛矿材料中的晶体结构稳定的方法,该方法以前仅在高温下有效。无机材料的晶相在量子点中更稳定。

大多数研究都集中在有机 - 无机杂化钙钛矿结构上。将钙钛矿用于光伏电池的研究始于2009年,它们的光电转换效率稳步上升,现在表现出大于22%的效率。然而,对于长期使用钙钛矿的太阳能电池,有机组分不够耐用。

NREL的科学家转向使用碘化铯(CsPbI3)的量子点(它基本上是纳米晶体)来去除不稳定的有机组分,并开启了可用于LED灯和光伏电池的高效量子点光电子学的大门。

通过将Cs-油酸酯溶液加入到含有PbI 2前体的烧瓶中来合成CsPbI 3的纳米晶体。 NREL研究人员使用乙酸甲酯作为反溶剂去除过量的未反应前体来纯化纳米晶体。结果证明这一步对于提高其稳定性至关重要。

与体型CsPbI3相反,研究人员发现CsPbI3纳米晶体不仅在超过600℃的温度下是稳定的,而且在室温和零下几百度也是稳定的。该材料的体型结构在室温下不稳定,在光伏器件的正常操作中会非常快速地转化为不期望的晶体结构。

NREL科学家通过将纳米晶体反复浸入乙酸甲酯溶液中而将纳米晶体转化为薄膜,厚度在100400纳米之间。CsPbI3纳米晶体膜在太阳能电池中使用,取得了非常高的开路电压,及10.77%的光电转换效率。该效率与于其他材料的量子点太阳能电池相当,并超过报道的其他全无机钙钛矿太阳能电池。

该研究资金部分由能源部的科学办公室和SunShot倡议提供。

NREL是美国能源部的可再生能源和能源效率研究与开发的主要国家实验室。 NREL由为能源部门可持续能源联盟有限责任公司运营。

SunShot倡议是一项国家协作性努力,积极推动创新,使太阳能在该倡议十年结束之前能与传统能源完全成本竞争。能源部通过SunShot倡议,支持私营公司、大学和国家实验室,将太阳能发电的成本降低到每千瓦时0.06美元。(工业和信息化部电子科学技术情报研究所 张慧)

(原标题:美国利用纳米尺寸约束产生新的具有特殊太阳能电池特性的全无机钙钛矿材料)

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