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钙钛矿太阳能电池的不稳定性改善,转换效率有望与结晶硅型相当

   2015-12-16 日经bp社18120
核心提示:日本科学技术振兴机构(JST)与京都大学12月8日宣布,发现了可改善名为钙钛矿太阳能电池的高效率太阳能电池的不稳定性,将电压提高至理论

日本科学技术振兴机构(JST)与京都大学12月8日宣布,发现了可改善名为“钙钛矿太阳能电池”的高效率太阳能电池的不稳定性,将电压提高至理论极限的设计指针。

开发的钙钛矿太阳能电池的截面图
由下而上依次为FTO透明电极层(负极)、TiO2致密层(电子输送层)、钙钛矿层(发电层)、spiro-OMeTAD层(空穴输送层)、金电极层(正极)(出处:JST)

钙钛矿太阳能电池可通过印刷作为材料的溶液来轻松制作,作为能大幅降低制造成本的太阳能电池备受期待。似已有了20%以上的转换效率报告,其作为新一代太阳能电池吸引着人们的目光。

不同粒径(膜厚)的钙钛矿太阳能电池的电流-电压曲线(出处:JST)

但在不同的测量条件下,表示太阳能电池性能的电流-电压曲线(I-V曲线)会发生变化,所以无法定量解明发电特性与元件结构的关系。

此次,在JST的“战略性创造研究推进事业”中,京都大学的研发小组制作了发电特性不易变化的钙钛矿太阳能电池,查明了电流和电压的损耗机制。据称,以获得的设计指针为基础,有望实现能源转换效率逼近结晶硅型的钙钛矿太阳能电池。

研发小组利用转换效率为19%以上的钙钛矿太阳能电池分析了发电机制发现,电流几乎没有发生转换损耗。电压则在捕获承载电流的电荷载体的区域(阱区)存在电压损耗。因此称,如果能将阱区的密度降至一定水平以下,则电流的发生效率几乎可达100%,电压也能提高至理论极限。

研究中,制作了比较致密平滑的钙钛矿膜,实现了效率高、再现性良好的元件。另外,为了研究构成发电层的钙钛矿结晶的粒径对发电特性变化的影响,对负极采用TiO2致密膜,优化了元件构造。

钙钛矿结晶的粒径越大,短路电流密度(JSC)、开路电压(VOC)和填充因子(FF)的值也越大,能源转换效率在粒径为最大的500nm时,达到了全球最高水平的19.4%。 
 
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