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由头发制成的碳点提高了钙钛矿太阳能薄膜电池的稳定性

钙钛矿太阳能电池是一种相对较新的光伏技术,被视为在未来几年中提供低成本,高效太阳能电力的最佳PV候选材料。事实证明,它们在功率转换效率上与当前市售的单晶硅太阳能电池一样有效,但该领域研究人员的障碍是使该技术更便宜,更稳定。

与硅电池不同,它们由易于制造的化合物制成,并且由于具有灵活性,因此可用于太阳能服装,为设备充电的背包,甚至可以用作独立电源的帐篷等场景。

昆士兰理工大学的王洪霞教授领导了钙钛矿太阳能电池的开发,该电池结合了由人发制成的纳米点,从而为它们提供了保护层,昆士兰科技大学。

在过去的十年左右的时间里,钙钛矿型太阳能电池在效率上的提高已成为可再生能源领域中非常有前途的技术,迅速达到甚至超过了当今广泛使用的单晶硅太阳能电池的性能。但是,阻碍它们发展的是内在的不稳定问题和对要素的脆弱性,这阻碍了它们的主流采用。澳大利亚的科学家认为,他们可能找到了解决这些问题的解决方案,这些问题隐藏在当地一家理发店的地板上。

为了改善稳定性,科学家报告说,将碳纳米点结合到钙钛矿太阳能电池中还可以提高功率转换效率。除了提高稳定性和性能之外,由理发店废物制成的碳纳米点还有望成为低成本且可持续的制造工艺,这种工艺有可能成为下一代太阳能电池的关键组件。

太阳能电池研究的这一突破实际上源于昆士兰科技大学(QUT)所做的早期工作,昆士兰理工大学的科学家能够利用理发店的人发来帮助制造柔性OLED显示器。

这项技术的关键在于头发富含碳和氮,而碳和氮是工程发光颗粒的宝贵特性。科学家在240°C(464°F)的温度下燃烧头发,使其分解,并将其还原为分子结构中嵌入了碳和氮的材料。

这些产生的碳纳米点激起了从事钙钛矿研究的昆士兰理工大学科学家的兴趣,他们出于好奇而决定将其整合到太阳能电池中。通过这样做,研究小组发现纳米点在钙钛矿表面上形成了一个波浪状的层,作为保护其功能的保护性缓冲液。

这项研究的负责人王红霞教授说:"它创造了一种保护层,一种装甲。" "它可以保护钙钛矿材料免受潮气或其他环境因素的影响,这些因素可能会损坏材料。"

王教授一直在研究先进的太阳能电池已有20年之久,并且自钙钛矿电池发明于大约十年前以来就一直在研究钙钛矿电池,其主要目标是开发经济高效,稳定的光伏材料和器件,以帮助解决太阳能中的能源问题。世界。

王教授说:"我们的最终目标是使太阳能电力更便宜,更容易获得,更持久,使光伏设备轻巧,因为当前的太阳能电池非常重。"

钙钛矿太阳能电池领域的最大挑战是解决设备的稳定性以使其能够运行20年或更长时间,以及开发适合大规模生产的制造方法。"目前,所有报道的高性能钙钛矿太阳能电池都是在受控的环境中制造的,该环境中的水分和氧气含量极低,并且电池面积非常小,几乎不适合商业化。

为了使该技术在商业上可行,需要克服以低成本制造高效大面积,稳定,柔性,钙钛矿型太阳能电池板的挑战。"只有通过对大规模生产中的材料特性以及在工业兼容条件下的深刻理解,才能实现这一目标。"

王教授对钙钛矿单元如何在未来为航天器提供动力特别感兴趣。

国际空间站由四个太阳能电池阵列供电,可产生高达120 kW的电力。但是,当前空间PV技术的一个缺点是使它们到达目的地的有效载荷的重量。尽管钙钛矿的重量要轻得多,但研究人员面临的挑战之一是开发能够应对极端辐射和空间温度变化范围广的钙钛矿电池-从负185摄氏度到超过150摄氏度。

目前,王教授的研究团队正在与昆士兰科技大学材料科学中心的Dmitri Golberg教授合作,以了解钙钛矿材料在极端环境条件下的性能,例如强烈的电子束辐照和剧烈的温度变化。

这项研究发表在Journal of Materials Chemistry A上。

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