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钙钛矿太阳能电池添加"胍"离子转换效率稳定保持19%以上

作为太阳能电池市场下一代后起之秀,钙钛矿太阳能电池虽然有着亮眼、媲美硅晶太阳能电池的转换效率,但其目前面临的最大挑战也是转换效率易随着时间推移而变得不稳定。瑞士洛桑联邦理工学院的研究团队现在找到一种元素“胍”,添加到钙钛矿中后可以提高电池稳定性,让转换效率长时间保持在19%以上。

图片来源:瑞士洛桑联邦理工学院

市场上,硅晶太阳能电池的转换效率已稳定在25%左右,于是短短几年内转换效率突飞猛进的钙钛矿太阳能电池便成为市场下一代光伏电池的理想选择,其成长速度已刷新全球纪录,尤其是有机–无机铅卤钙钛矿能提供多功能性,可能带来更高的转换效率。

钙钛矿太阳能电池制程简易、成本低廉,转换效率却可突破20%,外界十分看好未来发展潜力,去年在瑞士举办的世界经济论坛(WEF)曾将其列为未来改变人类生活的10大科技技术之一。

只不过,钙钛矿材料也面临时间压力,它们容易随着时间推移而分解出现问题,虽然至今也有不少实验将无机阳离子如铯、铷添加到钙钛矿中来保持高效率,但这些溶液往往难敌现实且昂贵,也因此钙钛矿电池价格仍比传统矽电池还要高。

研究团队表示,迄今为止,科学家还没发现能同时提高转换效率又兼顾稳定性、且更容易合成的有机阳离子,直到最近实验室将有机胍盐正离子(CH6N3)引入甲基碘化铅钙钛矿,发现钙钛矿稳定性大增,可望成为替代品之一。

胍(guanidinium)是一种含氮的有机化合物,晶状固体,具强硷性,也称“氨基甲脒”,可由瓜氨酸氧化制得。一般以盐的形式使用,是有机合成(合成杂环化合物)、药物、染料合成的中间体。

添加了胍盐的钙钛矿太阳能电池在全光照测试条件下,至少持续1,000小时平均转换效率都超过19%,研究人员估计,若假设电池每天接受6小时日照,或平均辐照度250Wm-2(相当于北非环境),这样的稳定性已经相当于1,333天(3.7年)的实际使用情况,符合该领域的使用标准。虽然若要通过标准的太阳能电池认证,还需经一系列包括温度循环和湿热的压力测试。

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