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(来源:微信公众号“光伏测试网”ID:TestPV)
钙钛矿是一种常见的晶体材料,2009年,日本科学家Tsutomu Miyasaka率先将钙钛矿材料用于染料敏化太阳能电池作为吸光材料,采用CH3NH3PbI3敏化TiO2阳光极和液态I3-/I-电解质获得了3.8%的光电转化效率。而后,科学家们对钙钛矿材料和结构进行改善,短短10年内,钙钛矿太阳电池的光电转换效率获得飞速提升,已达到29.15%,2020年,钙钛矿电池也即将要走向商业化生产。
钙钛矿型太阳能电池成本仅为硅的一小部分,能有效降低光伏系统发电成本。除此钙钛矿还可以制成半透明的、柔性的薄膜,能为发电窗或帐篷或背包中提供的轻质、柔性的光伏组件。
一直以来钙钛矿非常脆弱,容易开裂是它的一大缺点。
然而研究表明,它也极易被修复,钙钛矿薄膜的裂缝可以通过压缩或中热来愈合。
研究人员在塑料衬底上沉积了钙钛矿薄膜,然后通过弯曲基片向钙钛矿薄膜施加拉力,同时使用扫描电子显微镜(SEM)检测裂纹。一旦薄膜破裂,研究人员就会将基片向相反的方向弯曲,看看压应力是否能修复这些裂缝。
果然,扫描电镜显示裂纹已经消失了,为了确保裂缝完全愈合而不是仅仅隐藏,研究人员使用了一种叫做X射线衍射的技术:通过测量材料原子晶格的大小,这项技术可以揭示以前的裂纹区域现在是否能够承受机械载荷(裂缝愈合的标志),试验也表明裂纹完全愈合。
同时研究发现,热对愈合裂缝同样有效。以材料科学标准衡量,100摄氏度温度的温和加热足以完全治愈钙钛矿薄膜中的裂缝。
该项研究对钙钛矿光伏电池走向商业化有重要意义。
钙钛矿材料近年来逐步解决了很多问题:稳定性方面,钙钛矿光伏电池的光诱导降解参数已经通过了超过1,000小时的生命周期测试(新技术的光伏产业标准),其中有些甚至高达10,000小时;与机械耐久性、外加电压加热以及电流-电压行为有关的其他稳定性问题在测试过程中也同样被解决;钙钛矿组件结构是一种最常见的甲基铵铅卤化物,然而钙钛矿电池铅的用量很小,一块钙钛矿电池组件仅含2g铅,相比之下,平均一块晶硅板含铅量达16g,能客观回应对于钙钛矿稳定性毒性不利于商业化生产的不实消息。
目前有关钙钛矿电池的研究仍在继续,随着各项阻碍的一一突破,相信其迈向商业化生产指日可待。
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