研究人員發現擴大太陽能電池溫度穩定性范圍的方法

盡管有潛力利用太陽的能量為世界供電，太陽是最豐富的可再生能源，但目前僅約1%的世界能源生產是通過太陽能電池技術實現的。這是因為太陽能電池的生產成本高昂，并且隨著時間的流逝會降低效率。

因此，科學家繼續尋找可以克服這些缺陷的新型太陽能電池材料。最有前途的一種是2009年發現的一類材料：有機-無機鈣鈦礦雜化材料或HOIPs。

與傳統的硅基電池相比，這些材料極其輕巧，柔性好，生產成本低廉。將太陽能從太陽能轉換為電能的效率達到22%(或更高)，它們已接近硅電池25%的能量產生效率。HOIP的獨特之處還在于，它們可以作為薄薄的噴涂層或涂料層應用到表面上，當電氣連接時，可以在各種設置和應用中使用，從屋頂到車輛再到背包。

但是-總是有一個“ but”-HOIP有點不穩定，因為它們的質量相當快地下降，并且特別容易受到溫度變化的影響。這是因為這些材料的原子結構會隨溫度變化而改變，并且只有特定類型的分子結構才能用作太陽能電池-具有從太陽中捕獲能量并將其轉化為電能的能力。

但是，弗吉尼亞大學的科學家和工程師與NIST中子研究中心，橡樹嶺國家實驗室和康奈爾大學的同事們，在理解這些細胞在各種“結構”中如何工作的基本物理學方面取得了新進展。相變。”

他們在10月21日發表在《科學進展》雜志上的一篇論文中詳細介紹了他們的發現，他們確定了結構中的有機分子如何在相變的發生中起關鍵作用。

通過使用中子散射實驗和計算機模擬對材料進行微觀探測，他們發現了在溫度變化期間顯著擴展太陽能電池所需結構的穩定范圍的方法。該結果可能會加速設計在寬溫度范圍內高效且穩定，同時保持廉價生產的太陽能電池材料的設計過程，從而可能徹底改變太陽能電池技術。

UVA物理學家Seung-Hun Lee與同事UVA化學工程師Joshua J. Choi共同領導了這項研究，他說：“這為釋放基于HOIP的太陽能電池在實際應用中的全部潛力提供了新的機會。”

在分子水平上的物理洞察力使研究人員能夠穩定材料在各種結構相中的特性。

Choi說：“在更寬的溫度范圍內提高的穩定性將使HOIP太陽能電池的應用成為可能，即使在極端條件下，例如在較冷環境下運行的航天器和飛機上也是如此。”

HOIP可能特別適用于需要輕質太陽能電池材料的情況，例如為戰場上的步兵，背包客，自主或遠程控制的高空無人機以及人造衛星供電的電子設備供電。

Lee和Choi認為，HOIP或這些材料的某些變體將在不久的將來以廉價墨水的形式出現，這些墨水可以印刷到紙或塑料卷上，然后用作各種個人電子用途的柔性輕質太陽能電池。