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打脸谢尔顿的电池,了解一下

Geology is not real science!这是美剧《生活大爆炸》的主人公、物理学家谢尔顿说的话。

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但事实上,物理和地质已经密不可分,相互渗透。就拿钙钛矿来说,它既是凝聚态物理研究的热门,也是地球科学研究者关注的焦点。镁-钙钛矿是地球上含量最多的矿物,而钙钛矿型晶体是如今开发光伏电池最受关注的新型材料。

实验室制备的反式钙钛矿电池。

我们都知道,太阳能电池是一种可以直接把光能转化成电能的装置。在追求清洁能源的大背景下,它已经形成了相当大的产业规模。实际上,太阳能电池的发展过程经历了三个阶段:第一代主要基于单晶硅的太阳能电池;第二代薄膜太阳能电池;第三代就是今天要重点介绍的钙钛矿太阳能电池。

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钙钛矿太阳能电池之所以备受人们的青睐,原因在于它具有优越的光吸收特性、带隙可调、载流子寿命长、迁移率高、制备工艺简单等优点,在光伏领域具有重要的应用前景。

正式和反式结构的示意图。中国科学院合肥物质科学研究院提供

通常,钙钛矿太阳能电池的制备是由下往上,一层一层顺序制备出来的。在平面钙钛矿层制备过程中,根据钙钛矿底层材料对钙钛矿内的电子或者空穴的提取能力不同而分为正式和反式结构。

“Geology is not real science!”这是美剧《生活大爆炸》的主人公、物理学家谢尔顿说的话。

正式结构是在透明阴极上先后制备出电子传输层、钙钛矿、空穴传输层和阳极金属。而反式结构是在透明阳极上先后制备空穴传输层、钙钛矿、电子传输层和阴极金属。

但事实上,物理和地质已经密不可分,相互渗透。就拿钙钛矿来说,它既是凝聚态物理研究的热门,也是地球科学研究者关注的焦点。镁-钙钛矿是地球上含量最多的矿物,而钙钛矿型晶体是如今开发光伏电池最受关注的新型材料。

太阳能电池在光照条件下工作时,光从正式结构电池的透明阴极入射。而在反式结构中,光则从透明阳极入射。

我们都知道,太阳能电池是一种可以直接把光能转化成电能的装置。在追求清洁能源的大背景下,它已经形成了相当大的产业规模。实际上,太阳能电池的发展过程经历了三个阶段:第一代主要基于单晶硅的太阳能电池;第二代薄膜太阳能电池;第三代就是今天要重点介绍的钙钛矿太阳能电池。

目前,正式平面结构钙钛矿太阳能电池的最高光电转换效率已达到22.7%。但是,反式平面结构钙钛矿太阳能电池凭借其制备工艺更加简单低廉,可低温成膜,无明显迟滞效应,适合与传统太阳能电池结合制备叠层器件等优点,也受到越来越多的关注。

钙钛矿太阳能电池之所以备受人们的青睐,原因在于它具有优越的光吸收特性、带隙可调、载流子寿命长、迁移率高、制备工艺简单等优点,在光伏领域具有重要的应用前景。

不过,反式钙钛矿电池还面临许多挑战:一是光电转换效率还稍显不足;二是作为钙钛矿太阳能电池的核心部件有机电子传输层的热稳定性差,且无法阻挡金属电极在MAPbI3中的扩散;三是有机电子传输层成本昂贵等。

通常,钙钛矿太阳能电池的制备是由下往上,一层一层顺序制备出来的。在平面钙钛矿层制备过程中,根据钙钛矿底层材料对钙钛矿内的电子或者空穴的提取能力不同而分为正式和反式结构。

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