来自多伦多大学的一个研究小组 Leiwei Zeng、Zaiwei Wang 和 Hao Chen通过克服以前设计的一个关键限制，创造了一种效率创纪录的三结过氧化物太阳能电池。
该原型代表了在开发硅基太阳能电池的低成本替代品方面的一个重大进展，而硅基太阳能电池是目前的行业标准。
Ted Sargent教授说："除了较低的制造成本外，过氧化物为我们提供了在彼此之上甚至在传统硅电池之上堆叠多层吸光材料的能力……在这项工作中，我们利用合理的设计来解决这种多层范式中可能出现的关键挑战，同时提高了效率和耐久性。"
今天的太阳能电池是由单一的超纯硅片制成的，其生产过程是能源密集型的。相比之下，包晶石太阳能电池是使用包晶石多晶体薄膜制成的，这些薄膜用类似于印刷业中使用的低成本溶液处理技术涂在表面。
Sargent 的小组正在开发新方法来释放钙钛矿太阳能电池的潜力。他们之前的工作包括双层串联电池，但他们发表在《自然》杂志上的最新研究侧重于三层设计。
“多层电池通常被设计成使具有宽带隙钙钛矿的顶层吸收最高能的光子，即短波长的高频光，朝向光谱的紫光端，”博士后研究员 Zaiwei Wang说，新论文的四位共同主要作者之一。
该团队使用了一种称为 ABX3 的钙钛矿材料，它由不同物质的混合物制成，包括铯、铅、锡、碘、溴和一些有机小分子。特别是顶层，由混合卤化物钙钛矿组成，其中溴和碘的比例很高。
“这些混合钙钛矿的光诱导相分离发生的是，高频光子的轰击导致富含溴的相与富含碘的相分离，”该研究的研究员和共同主要作者博士后Hao Chen说。
为了克服这个问题，研究小组使用详细的计算机模型来模拟改变晶体成分的效果。这项工作提出了两个变化：去除有机分子以获得全无机钙钛矿结构并引入元素铷。
“铷的引入抑制了光致相分离问题，”另一位博士后研究员兼共同主要作者Tong Zhu说。
利用这些知识，该团队随后设计并构建了具有这种成分的三结电池。他们测得其效率为 24.3%，开路电压为 3.21 伏。他们还把它送去国家可再生能源实验室进行独立认证，测得其准稳态效率为 23.3%。
“过去，三结钙钛矿太阳能电池的最大效率约为 20%，因此这是一个很大的改进。据我们所知，这也是首次报道三结钙钛矿太阳能电池的认证效率，” 另一位共同主要作者、博士候选人Lewei Zeng说。
“以前的设计也往往会在几个小时内失去很多性能。相比之下，我们的系统即使在运行 420 小时后仍能保持其初始效率的 80%，因此这在耐用性方面也迈出了一大步。”
该团队表示，尽管在钙钛矿太阳能电池在商业应用中与硅竞争之前还需要进一步提高性能，但最新研究表明了一条前进的道路。
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来源：utoronto.ca 封面：Tyler Irving/utoronto
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