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一個國際研究團隊開發(fā)了一種新技術(shù)用于提高倒置鈣鈦礦太陽能電池的耐用性。過去的研究表明，鈣鈦礦太陽能電池在1500小時-2000小時后效率往往會顯著下降。此次研究人員設(shè)計了含有“1,3-雙（二苯基膦）丙烷”（英文別名DPPP）的鈣鈦礦電池，其整體功率轉(zhuǎn)換效率保持在大約3500小時的水平?？茖W家利用鈣鈦礦的可調(diào)性制造出了與硅性質(zhì)類似的半導體。

科學家利用鈣鈦礦的可調(diào)性制造出了與硅性質(zhì)類似的半導體。

一個國際研究團隊開發(fā)了一種新技術(shù)用于提高倒置鈣鈦礦太陽能電池的耐用性，這是推動這種新興光伏技術(shù)商業(yè)化的重要一步，可降低太陽能利用成本。相關(guān)論文日前發(fā)表在《科學》上。

所有光伏太陽能電池都依賴于半導體，從而將光能轉(zhuǎn)化為電能。自20世紀50年代以來硅一直是太陽能電池的主要半導體材料。在尋找硅的替代品過程中，科學家利用鈣鈦礦的可調(diào)性制造出了與硅性質(zhì)類似的半導體。

傳統(tǒng)太陽能電池由極高純度的硅晶圓制成，而鈣鈦礦太陽能電池由納米級晶體制成。這些鈣鈦礦晶體可以分散到液體中，并使用低成本的成熟技術(shù)旋涂在表面。通過調(diào)節(jié)晶體薄膜的厚度和化學成分，就可以調(diào)節(jié)鈣鈦礦吸收光的波長。調(diào)到不同波長的鈣鈦礦層甚至可以堆疊在彼此之上，或堆疊在傳統(tǒng)的硅太陽能電池之上，形成了能夠吸收更多太陽光譜的“串聯(lián)”電池。

“鈣鈦礦太陽能電池有潛力克服硅太陽能電池固有的效率限制?！奔幽么蠖鄠惗啻髮W工程學教授泰德*薩金特（Ted Sargent）表示，但鈣鈦礦仍然落后于硅的一個原因是長期耐用性。近年來，薩金特及其合作者在提高鈣鈦礦太陽能電池性能方面取得了一些進展，而其最新工作著眼于鈣鈦礦電池耐久性挑戰(zhàn)?！霸谶@項研究中，我們使用了一種合理的設(shè)計方法，以一種獨特的新方式來解決這個問題?！?/p>

載流子是可以自由移動的帶有電荷的物質(zhì)微粒，論文作者Chongwen Li表示，鈣鈦礦太陽能電池的一個關(guān)鍵弱點是載流子傳輸層，也就是鈣鈦礦層和相鄰層之間的界面。這些相鄰層獲得了流經(jīng)電路的電子，如果鈣鈦礦層和這些層之間的化學鍵被光或熱破壞，電子無法進入電路，就會降低電池的整體效率。為了解決這個問題，美國托萊多大學、華盛頓大學、美國西北大學以及加拿大多倫多大學的研究人員用計算機模擬預測哪種分子最適合在鈣鈦礦層和電荷傳輸層之間建立“橋梁”。

此前的研究表明，路易斯堿分子有助于在這些層之間形成牢固的化學鍵。此次研究人員通過模擬預測發(fā)現(xiàn)，含有磷元素的路易斯堿分子效果最好，一種名為“1,3-雙（二苯基膦）丙烷”（英文別名DPPP）的化學物質(zhì)性能最佳。他們設(shè)計了含有DPPP的倒置鈣鈦礦太陽能電池和不含DPPP的電池，實驗表明，在沒有額外加熱的情況下，含有DPPP的鈣鈦礦電池整體功率轉(zhuǎn)換效率保持在大約3500小時的水平。而過去的研究表明，鈣鈦礦太陽能電池在1500小時-2000小時后效率往往會顯著下降。

該團隊已為DPPP技術(shù)申請專利，商業(yè)太陽能電池制造商也對此感興趣。研究人員表示，相比DPPP，可能還有更好的分子，他們最終希望鈣鈦礦太陽能電池能夠在商業(yè)上與硅電池競爭，但還有很長的路要走。