澳大利亞科學(xué)家首次生產(chǎn)了新一代的實(shí)驗(yàn)太陽能電池，它們通過了嚴(yán)格的國際電工委員會關(guān)于熱和濕的測試標(biāo)準(zhǔn)。
該研究發(fā)現(xiàn)是鈣鈦礦太陽能電池商業(yè)化發(fā)展的重要一步，現(xiàn)已發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。
太陽能能源系統(tǒng)現(xiàn)在正處于工業(yè)和國內(nèi)房屋普遍。當(dāng)前大多數(shù)系統(tǒng)依靠硅將陽光轉(zhuǎn)化為有用的能量。
但是，太陽能電池板中硅的能量轉(zhuǎn)換率已接近其自然極限。因此，科學(xué)家一直在探索可以堆疊在硅上的新材料，以提高能量轉(zhuǎn)換率。迄今為止，最有前途的材料之一是金屬鹵化物鈣鈦礦，其本身甚至可能勝過硅。
悉尼大學(xué)納米科學(xué)系首任主席約翰·胡克（John Hooke）表示：“鈣鈦礦是太陽能系統(tǒng)的一個非常有希望的前景。” “它們非常便宜，比硅更薄500倍，因此具有柔韌性和超輕量。它們還具有巨大的能量使能特性和較高的太陽能轉(zhuǎn)化率。”
以實(shí)驗(yàn)形式，過去十年來鈣鈦礦電池的性能從低水平提高到能夠?qū)⑻柕?5.2％的能量轉(zhuǎn)化為電能，這與硅電池的轉(zhuǎn)化率相當(dāng)，后者需要40年才能實(shí)現(xiàn)。
然而，未保護(hù)的鈣鈦礦電池不具有硅基電池的耐久性，因此它們在商業(yè)上尚不可行。
Ho-Baillie教授說：“鈣鈦礦電池將需要按照當(dāng)前的商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)堆疊。這是我們研究的令人興奮的事實(shí)。我們已經(jīng)證明，我們可以極大地提高其熱穩(wěn)定性。”
科學(xué)家通過使用簡單的低成本聚合物玻璃毯抑制鈣鈦礦細(xì)胞的分解來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。
這項(xiàng)工作是由Ho-Baillie教授領(lǐng)導(dǎo)的，他后來加入了悉尼大學(xué)納米研究所。主要作者雷石博士在新南威爾士大學(xué)光伏與可再生能源工程學(xué)院的Ho-Baillie研究小組中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)工作，Ho-Baillie教授仍是該學(xué)院的兼職教授。
在持續(xù)暴露于太陽和其他元素的作用下，太陽能電池板會經(jīng)歷極端的熱和濕度。實(shí)驗(yàn)表明，在這種壓力下，未保護(hù)的鈣鈦礦細(xì)胞變得不穩(wěn)定，從其結(jié)構(gòu)內(nèi)部釋放出氣體。
Ho-Baillie教授說：“了解這一過程，稱為“除氣”，是我們開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)并提高其耐用性的工作的核心部分。
“我一直對探索如何將鈣鈦礦太陽能電池結(jié)合到隔熱玻璃（例如真空玻璃）中感興趣。因此，我們需要了解這些材料的除氣性能。”
該研究小組首次使用氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）來識別高性能電池中常用的熱應(yīng)力雜化鈣鈦礦的特征性揮發(fā)性產(chǎn)物和分解途徑。他們發(fā)現(xiàn)使用這種方法的低成本聚合物玻璃疊層具有不透壓力的密封，可有效抑制鈣鈦礦“除氣”，該過程導(dǎo)致其分解。
當(dāng)按照嚴(yán)格的國際測試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試時，團(tuán)隊(duì)工作的單元性能超出了預(yù)期。
“我們研究的另一個令人振奮的成果是，我們能夠在苛刻的國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境測試條件下穩(wěn)定鈣鈦礦電池。這些電池不僅通過了熱循環(huán)測試，而且還超過了濕熱和濕氣的苛刻要求，還要進(jìn)行凍結(jié)測試。” Ho-Baillie教授說。
這些測試通過將太陽能電池模塊暴露于-40度至85度的反復(fù)溫度循環(huán)以及暴露于85％的相對濕度下，幫助確定太陽能電池模塊是否能承受室外運(yùn)行條件的影響。
具體而言，鈣鈦礦太陽能電池在IEC“濕熱”測試中經(jīng)過了1800多個小時的生存，在“濕度凍結(jié)”測試中經(jīng)過了75個循環(huán)，首次超過了IEC61215：2016標(biāo)準(zhǔn)的要求。
Ho-Baillie教授說：“我們希望這項(xiàng)工作將有助于穩(wěn)定鈣鈦礦型太陽能電池的發(fā)展，提高其商業(yè)化前景。”
原標(biāo)題：澳大利亞研發(fā)新型鈣鈦礦太陽能電池
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