氟化物可從根本上改善鈣鈦礦太陽能電池的穩定性

鈣鈦礦制成的太陽能電池對太陽能的未來具有廣闊的前景。這種材料便宜，易于生產并且幾乎與傳統上用于太陽能電池的硅一樣有效。但是，鈣鈦礦會迅速降解，從而嚴重限制其效率和穩定性。艾恩德霍芬科技大學，DIFFER能源研究所，北京大學和特溫特大學的研究人員發現，向鈣鈦礦中添加少量氟化物可留下保護層，從而顯著提高材料和太陽能電池的穩定性。在各種極端測試條件下運行1000小時后，太陽能電池仍可保持90%的效率。研究結果今天發表在領先的科學雜志《自然能源》上。

由于鈣鈦礦太陽能電池的制造成本如此低廉，因此一直是最近太陽能研究的中心。結果，它們的效率從2009年的不到4%上升到目前的24%以上，接近傳統的硅電池。結合了硅和鈣鈦礦電池的所謂串聯電池，效率超過28%。

盡管取得了成功，但由于材料的性質和制造方式，鈣鈦礦仍存在許多缺陷。隨著時間的流逝，金屬鹵化物的原子結構中的空位會在水分，光和熱的影響下觸發鈣鈦礦的降解。

保護層

埃因霍溫，特溫特和北京的研究人員通過在生產過程中添加少量氟化物，對新型鈣鈦礦進行了試驗。就像牙膏中的氟化物一樣，氟化物離子在晶體周圍形成保護層，防止有害缺陷的擴散。

“我們的工作大大改善了鈣鈦礦太陽能電池的穩定性，” TU / e和DIFFER應用物理系聯合研究中心計算能量研究中心的助理教授陶樹霞說。紙。“在極端的光照和高溫條件下，我們的電池在1000小時后仍能保持90%的效率。這是傳統鈣鈦礦化合物的壽命的許多倍。我們達到21.3%的效率，這是進一步提高效率的一個很好的起點。 ”

由于其高電負性，氟化物通過在材料表面形成強氫鍵和離子鍵來穩定鈣鈦礦晶格。

埃因霍溫團隊的許多工作都在解釋為什么氟化物與其他鹵素相比如此有效。他們使用計算機模擬得出結論，其成功的部分原因是氟化物離子的尺寸小和高電負性。元素的電負性越高，它越容易吸引相鄰元素的電子。這有助于氟離子與鈣鈦礦化合物中的其他元素形成牢固的鍵，從而形成穩定的保護層。

未來研究

該研究被認為是將來成功實現鈣鈦礦太陽能電池的重要一步。但是，還有很多工作要做。太陽能行業的金標準是十到十五年后的保留率至少是原始效率的85%，對于鈣鈦礦電池而言，這個標準還差得遠。