澳大利亞科學(xué)家首次生產(chǎn)了新一代的實驗太陽能電池，它們通過了嚴格的國際電工委員會關(guān)于熱和濕的測試標準。

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。”

以實驗形式，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，后者需要40年才能實現(xiàn)。

然而，未保護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前的商業(yè)標準堆疊。這是我們研究的令人興奮的事實。我們已經(jīng)證明，我們可以極大地提高其熱穩(wěn)定性?！?/p>

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胞的分解來實現(xiàn)這一目標。

這項工作是由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研究小組中進行了實驗工作，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。實驗表明，在這種壓力下，未保護的鈣鈦礦細胞變得不穩(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。

當按照嚴格的國際測試標準進行測試時，團隊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準環(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標準的要求。

Ho-Baillie教授說：“我們希望這項工作將有助于穩(wěn)定鈣鈦礦型太陽能電池的發(fā)展，提高其商業(yè)化前景?！?/p>

文章來源:小蜥觀影