- 頭條鈣鈦礦太陽能電池穩定性進一步提升2020-10-29 作者：本社報道 | 來源：《電氣技術》雜志社 | 點擊率：導語中國西北大學、南京工業大學的研究人員，研究出高效穩定的二維層狀鈣鈦礦太陽能電池，即通過增強層狀分子間的作用力，增加了電池的穩定性，在光照下持續工作1000小時，電池的光電轉化性能衰減低于15%，成為離子液體應用在鈣鈦礦領域的又一突破，相關成果已發表于《自然?光子學》。
你吃過罐頭食品嗎，桃罐頭、荔枝罐頭、橘子罐頭、肉罐頭、魚罐頭等。基于新鮮食材保鮮時間有限，而為了把這些食材保存得更久，經過處理加工制成罐頭是一種較好的方法，保存時間長，且還能絕大部分保留食物的原汁原味。
但大家聽說過“陽光罐頭”嗎？為了保鮮和長期存儲，陽光也可以制成罐頭，這就是我們常說的太陽能電池及相關技術。從太陽能發展歷史來看，光照射到材料上所引起的“光起電力”行為，早在19世紀就已發現。其后，各國科學家們對此的探索從未間斷過，直至1954年美國貝爾實驗室用半導體做實驗時發現在硅中摻入一定量的雜質后對光更加敏感這一現象后，第一個太陽能電池由此誕生，開啟了太陽電池技術時代。
太陽能電池，是通過光電效應或者光化學效應直接把光能轉化成電能的裝置，主要以半導體材料為基礎，其工作原理是利用光電材料吸收光能后發生光伏反應。根據所用材料的不同，太陽能電池種類繁多，如硅太陽能電池、有機太陽能電池、多晶體薄膜太陽能電池等。而為了更好地利用太陽能，各類“保鮮”技術仍在不斷研究探索中。
近日，中國西北大學、南京工業大學的研究人員，研究出高效穩定的二維層狀鈣鈦礦太陽能電池，即通過增強層狀分子間的作用力，增加了電池的穩定性，在光照下持續工作1000小時，電池的光電轉化性能衰減低于15%，成為離子液體應用在鈣鈦礦領域的又一突破，相關成果已發表于《自然?光子學》。
該研究團隊指出，要把陽光變成“陽光罐頭”，首先需要把陽光轉換成能夠儲存的狀態——電，然后電能會被輸送到儲存裝置中，供后續使用。太陽能電池的工作原理是一邊接收陽光的能量一邊將其轉換成電能，因此可將太陽能電池看作是一個“光-電轉換器”。
截至目前，國內外出現過不少種類的這種神奇的“轉換器”，而他們研究的是目前學術界備受重視的層狀鈣鈦礦太陽能電池。鈣鈦礦太陽能電池被認為是太陽能領域的后起之秀，與傳統的硅基太陽能電池相比，它們可能更便宜、生產更簡單，且在實驗室較小尺寸狀況下已顯示出了較高的效率水平。
據介紹，層狀鈣鈦礦電池三維結構看起來有點像“魔方”，以往層狀鈣鈦礦電池一般持續工作500～800小時，性能就會衰減15%甚至更多。相比之下，此次的研究成果有效增加了這類太陽能電池的穩定性，延長了工作時間，使得此類太陽能電池距離真正投入使用又邁近了一步。
據了解，自2009年鈣鈦礦太陽能電池被納入研究領域，其穩定性就比較差，經過幾年的努力與探索，其穩定性有了很大提高，目前最好的穩定性已達10000小時。穩定性到底有多重要？該研究團隊表示，鈣鈦礦太陽能電池要真正投入應用，穩定性、光電轉化效率、大面積制造等許多問題都有待突破，無疑穩定性是其中一個很重要的方面。相對于硅電池25年的壽命要求，目前鈣鈦礦電池還差得很遠，這也是我們一直要努力的方向。
該研究團隊介紹說，以前層狀鈣鈦礦材料太陽能電池的每一層之間的分子是“靠在一起”，這種不太緊密的作用力難以對抗水、熱以及紫外光等的侵蝕，使層狀鈣鈦礦電池很容易分解“罷工”；而此次研究中，他們想辦法讓那些分子緊緊地“抱在一起”，從而增強了分子間的作用力，繼而增加了電池的穩定性。
而此次開發出的離子液體鈣鈦礦光伏技術，摒棄了傳統高毒性、不穩定的極性非質子溶劑，在穩定性上取得了較大的進展，效率也逐漸與最高水平持平。另外，該研究團隊還在進行一些大面積工藝方面的工作，希望能夠為產業界提供一些想法和思路。
