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編者按：西北大學的研究人員率先開發(fā)出一種效率高的新型太陽能電池，它使用錫代替鉛鈣鈦礦作為光的收集器。低成本，環(huán)保的太陽能電池可以使用“臺式”化學方法輕松制造 - 沒有花哨的設(shè)備或危險材料。

“這是一種突破性的突破，從一種非常有前途的太陽能電池中取代，稱為鈣鈦礦，”Mercouri G. Kanatzidis說，他是一位具有錫處理專業(yè)知識的無機化學家。“錫是一種非?？尚械牟牧?，我們已經(jīng)證明這種材料可以作為一種有效的太陽能電池。”

領(lǐng)導該研究的Kanatzidis是溫伯格藝術(shù)與科學學院的Charles E.和Emma H. Morrison化學教授。

新的太陽能電池使用一種稱為鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)，但用錫代替鉛作為光吸收材料。鈣鈦礦鉛的效率達到15%，鈣鈦礦應(yīng)該能夠匹配 - 甚至可能超過 - 。鈣鈦礦太陽能電池被吹捧為“光伏發(fā)電的下一個重大事件”，并重新激活了該領(lǐng)域。

Kanatzidis開發(fā)，合成和分析了這種材料。然后，他轉(zhuǎn)向西北合作者和納米科學家Robert PH Chang，幫助他設(shè)計一個效果很好的太陽能電池。

“我們的錫基鈣鈦礦層充當高效的陽光吸收劑，夾在兩個電荷傳輸層之間，用于向外界傳導電力，”McCormick工程與應(yīng)用科學學院材料科學與工程教授Chang說。 

無鉛太陽能電池的細節(jié)將于5月4日由Nature Photonics出版。Kanatzidis和Chang是該論文的兩位高級作者。

Kanatzidis說，他們的固態(tài)錫太陽能電池的效率略低于6%，這是一個非常好的起點。兩件事使材料變得特別：它可以吸收大部分可見光譜，鈣鈦礦鹽可以溶解，并且在不加熱的情況下在溶劑去除時會重新形成。

“其他科學家將看到我們已經(jīng)做了什么，并改進了我們的方法，”Kanatzidis說。“沒有理由這種新材料的效率不能超過15%，這是鈣鈦礦太陽能電池的首選產(chǎn)品。錫和鉛在元素周期表中屬于同一組，所以我們期望得到類似的結(jié)果。”

自2008年以來，鈣鈦礦太陽能電池一直存在 - 僅在實驗室中。2012年，Kanatzidis和Chang報告了新的錫鈣鈦礦太陽能電池，其承諾具有更高的效率和更低的制造成本，同時對環(huán)境安全。

“太陽能是免費的，是唯一可持續(xù)發(fā)展的能源，”Kanatzidis說。“如果我們知道如何以有效的方式收獲這種能源，我們就可以提高生活水平，幫助保護環(huán)境。”

固態(tài)錫太陽能電池是五層夾層結(jié)構(gòu)，每層都有重要意義。作為無機化學家，Kanatzidis和他的博士后研究員Feng Hao和Constantinos Stoumpos知道如何處理麻煩的錫，特別是碘化甲基銨，它在與空氣接觸時會氧化。

第一層是導電玻璃，其允許太陽光進入電池。二氧化鈦是下一層，沉積在玻璃上。兩者一起充當太陽能電池的電前接觸。

接下來，沉積錫鈣鈦礦 - 光吸收層。這是在氮氣手套箱中完成的 - 在這種受保護的環(huán)境中進行工作臺化學反應(yīng)以避免氧化。

最重要的是空穴傳輸層，這對于閉合電路和獲得功能性電池是必不可少的。這要求Kanatzidis及其同事找到合適的化學品，以免破壞下面的錫。他們通過了解鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的反應(yīng)性來確定最好的化學物質(zhì) - 取代的吡啶分子。該層也沉積在手套箱中。然后將太陽能電池密封并可以將其取出到空氣中。

一層薄薄的金色蓋住太陽能電池夾層。該層是太陽能電池的背接觸電極。整個裝置具有全部五層，厚度約為1-2微米。

然后研究人員在模擬的全日照下測試了該裝置，并記錄了5.73%的功率轉(zhuǎn)換效率。

原標題：環(huán)保太陽能電池推動光伏發(fā)電的下一個重大事件