2015-12-16 09:53
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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