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薄膜太阳能电池或可量产 《科学》杂志发表我国科学家创新研究成果

光伏原材料及辅料  来源:央广网  作者:韩萌  2021/3/29 9:17:06  我要投稿  

北极星太阳能光伏网讯:3月29日消息(记者韩萌)据中央广播电视总台中国之声《新闻纵横》报道,随着煤、石油、天然气等能源日益减少和环境污染日益加剧,无限可再生的清洁能源———太阳能引起人们的关注,将太阳能转化为电能的太阳能电池的研制也得到了迅速发展。

目前,以商业化的晶体硅太阳能电池的光电转化效率最高,但受材料纯度和制备工艺限制,很难再提高转化效率或降低成本。只有几微米厚度的薄膜太阳能电池,是降低成本和提高光子循环的理想材料。

作为薄膜太阳能电池中的佼佼者,钙钛矿太阳能电池因为制备过程中材料不稳定、工艺复杂且污染较高等问题,一直无法量产。最近,我国科学家的创新研究成果突破了这些痛点,为钙钛矿太阳能电池的大规模生产利用,创造了前提条件。

国际学术期刊《科学》杂志26日在线发表的关于太阳能电池的最新研究成果来自我国西北工业大学黄维院士团队,成果名称叫作《室温、高湿度下制备稳定的甲脒基钙钙钛矿》,这到底是什么样的创新成果,又会对太阳能电池和我们的生活带来哪些改变?

先来了解成果名称中提到的钙钛矿这个概念。简单来说,钙钛矿就是一种用于太阳能发电的新材料,相比传统太阳能电池板中使用的晶体硅,钙钛矿不仅更轻薄、可变型,同时更便宜、更环保,在应用范围上将产生颠覆性变革。因此,钙钛矿的研究已经成为各国科学家追逐的“热点”。但这样优秀的太阳能发电材料,却始终处在基础研究阶段。黄维院士团队的陈光华教授介绍,这是因为钙钛矿材料本身非常“敏感”,在空气中极易发生变化,极大地制约了它的量产。“由于钙钛矿材料它不稳定,它怕水,它怕氧气,然后都要在惰性的环境去做。比如我们在充满氮气的手套箱里面,充满氩气的手套箱里面去做,就在一个小盒子里面去做,这就限制了它的工业化生产。”他说。

如何在正常的空气中,正常的温度和湿度下制备稳定的钙钛矿材料就是黄维院士团队这项创新研究成果的核心。团队成员、西北工业大学博士研究生晁凌锋表示,他们团队独创性地提出了,以一种多功能的“离子液体”作为溶剂来替代传统的有毒的有机溶剂制备钙钛矿材料,不仅稳定性高、制备工艺简单,还提高了光电转化率。钙钛矿原材料本身是粉末状,和其他两三种材料混到一个溶剂里,形成均匀的溶液,好比把糖和盐溶于水一样。将得出的溶液涂到一个衬底上,它就形成了一层薄膜,这薄膜只有不到一微米,相当于百分之一的A4纸的厚度。然后再给它镀上电极,它就是一个完整的太阳能电池了。

晁凌锋说:“本来钙钛矿是极不稳定的,很难在室温空气中制备,但我们团队合成了一种离子液体,这种离子液体就可以去稳定我们现在研究的这种钙钛矿材料。好比钙钛矿是草原上的羊群,钙钛矿的晶胞就是羊,羊极其容易乱跑,让羊群走散。而离子液体就相当于牧羊犬,在羊群也就是在钙钛矿分子中发号施令、稳定队形。这个新队形就是我们想要得到的钙钛矿电池的稳定性。”

传统制备过程中材料不稳定、工艺制备复杂且污染性较高等卡脖子难题都解决了,是否意味着这种薄如蝉翼的钙钛矿太阳能电池可以工业化生产,很快走入我们的生活了?陈光华教授说,钙钛矿本身比较便宜,但是它制备的方法受限,我们提出了空气中制备钙钛矿电池的方法,不用那么多那么复杂的设备,那么苛刻的设备条件,还能够大幅降低成本。这对这工业化生产意义非常大。现在已经有一些初创企业、还有做硅晶光伏的企业也都纷纷转型来做钙钛矿,有这些企业的加入,产业化应该很快。

未来,沙漠腹地、楼宇外墙、手机等都不再需要传统电池,只需要一块更低廉、更清洁的钙钛矿太阳能电池就能够满足所需。同时,还可以应用在柔性可穿戴、航天器搭载等重要领域。晁凌锋对钙钛矿太阳能发电材料的应用前景充满信心。他表示,钙钛矿太阳能电池未来的应用相比于硅晶来说更广泛。写字楼的玻璃可以做成这种太阳能电池板,它不仅可以让写字楼里边照样得到光,还可以发出电,它其实就是智能窗。“还有可以贴在你的手机的屏幕上,现在可折叠手机已经出来了,我们正常用这种充电的锂电池它是一个储能电池,它只能储能,但是它的储能是有限,因为要弯折,就要把储能电池做得很小,所以它储存量有限,时不时给它充电。有了太阳能电池之后,只需要在日常的阳光下,就可以实现不断给手机充电。”


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