钙钛矿太阳能电池:其实我不含钙,也不含钛

作者: 林风

来源: 科学大院

发布日期: 2017-07-25

本文介绍了钙钛矿太阳能电池的研究进展及其应用潜力,解释了其高效光电转换效率的原理,并指出了其存在的不足和未来可能的发展方向。

近期,中国科学院合肥物质科学研究院应用技术研究所孔凡太研究团队在小分子有机空穴传输材料方面取得系列进展,相关研究结果分别发表在ChemSusChem、ElsevierDyes and Pigments,以及英国皇家化学会的RSC Advances上。这种材料目前已经被证明在钙钛矿太阳能电池中有非常好的应用潜力。第三代太阳能电池,也称作新概念太阳能电池,就是今天要重点介绍的钙钛矿太阳能电池。

其实,我不含钙,也不含钛。钙钛矿太阳能电池中并没有钙元素,也没有钛元素。其实,它得名于其中的吸光层材料:一种钙钛矿型物质。钙钛矿是以俄罗斯矿物学家Perovski的名字命名的,最初单指钛酸钙(CaTiO3)这种矿物,后来把结构与之类似的晶体统称为钙钛矿物质。

钙钛矿太阳能电池中常用的光吸收层物质是甲氨铅碘(CH3NH3PbI3),由于CH3NH3PbI3这种材料中既含有无机的成分,又含有有机分子基团,所以人们也将这类太阳能电池称作杂化钙钛矿太阳能电池。钙钛矿太阳能电池具有高效的光电转换效率。想要了解钙钛矿太阳能电池具有高效性能、备受人们青睐的秘密所在,我们就不得不说说它的光吸收与能量转化的原理了。

钙钛矿太阳能电池把光吸收过程与电流运输过程分离,一种介质只负责运输一种电荷,避免了硅基、薄膜太阳能电池中载流子复合率高、载流子寿命短的缺点,所以钙钛矿太阳能电池具有高效的光电转换效率。虽然钙钛矿太阳能电池有着许许多多的优点,但它也不是完美的,我们也必须面对它的不足之处,这样才有利于我们今后的改进工作。首先,目前人们还没有解决此类电池的不稳定性问题。其次,有毒。

最后,目前实验室里制造的大部分钙钛矿太阳能电池的尺寸都很微小,最大的也仅几平方厘米,很难生产较大的连续膜,导致制备大面积器件受阻。虽然,钙钛矿太阳能电池的研发遇到了诸多困难,但是,近几年这一领域的快速发展使其开始初步显示出潜在的商业化前景。究竟钙钛矿太阳能电池的光电转换效率能否达到理论预估的50%?钙钛矿太阳能电池距离真正的民用还有多远?能否如同硅晶太阳能电池那样得到广泛使用呢?让我们拭目以待吧。

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