4月22日消息，伦敦帝国理工学院制造了一种新的材料，更便宜、更容易制造的新型太阳能电池设备将很快就会进入市场。


传统的太阳能电池由硅制成，具有良好的效率和稳定性，但制造成本相对较高，并且只能在刚性面板中制造。


钙钛矿太阳能电池提供了一种有趣的替代方案。它们可以用墨水打印，可以让它们成本低、效率高、薄、轻、灵活。然而，它们在效率和更重要的稳定性方面落后于硅太阳能电池，在正常环境条件下也会分解，所以在实际的应用中还是有问题的。


一种称为二茂铁的新型含金属材料可以帮助解决这些问题。香港城市大学 (CityU) 的研究人员将帝国制造的二茂铁添加到钙钛矿太阳能电池中，大大提高了它们的效率和稳定性。结果发表在《科学》杂志上。




突出显示具有二茂铁层的太阳能电池。图片来源：李等人。


来自帝国理工学院化学系的共同主要作者 Nicholas Long 教授说：“硅电池效率高但价格昂贵，我们迫切需要新的太阳能设备来加速向可再生能源的过渡。稳定高效的钙钛矿电池最终可以实现太阳能将用于更多应用——从为发展中国家供电到为新一代可穿戴设备充电。我们与香港同事的合作非常偶然，因为我做了一场关于新二茂铁化合物的演讲，并遇到了城大的朱宗龙博士，他让我寄来一些样品。几个月后，城大团队告诉我们结果令人兴奋，并要求我们发送更多样品，开始了一项研究计划，该计划导致钙钛矿设备更高效、更稳定。”


二茂铁的力量


钙钛矿形成太阳能电池器件的“集光”层。然而，这些设备在将太阳能转化为电能方面的效率低于硅基太阳能电池，主要是因为电子不太“移动”——它们不太能够从收集层移动到电能转换层。


二茂铁是其中心有铁的化合物，周围是夹着碳的环。二茂铁的独特结构于 1952 年被帝国理工学院的诺贝尔奖获得者杰弗里·威尔金森教授首次发现，如今世界各地仍在研究二茂铁的独特性能。


它们的结构赋予它们的一个特性是出色的电子丰富性，在这种情况下，这使得电子更容易从钙钛矿层移动到后续层，从而提高了将太阳能转化为电能的效率。


CityU 团队和商业实验室进行的测试表明，添加二茂铁层的钙钛矿器件的效率可以达到 25%，接近传统硅电池的效率。


一石二鸟


但这并不是二茂铁基材料解决的唯一问题。Imperial 的团队一直在尝试将不同的化学基团连接到二茂铁的碳环上，并在向香港团队发送了几个版本之后，由博士制作。学生 Stephanie Sheppard 的合作者发现了一个版本，该版本显着改善了钙钛矿层与设备其余部分的连接。


这种增加的附加功率提高了设备的稳定性，这意味着它们在以最大功率连续运行 1,500 小时后保持了超过 98% 的初始效率。由于添加二茂铁层而获得的效率和稳定性使这些钙钛矿器件接近于传统硅电池的当前国际标准。





来自城大的首席研究员Zonglong Zhu博士说：“我们是第一个成功将倒置钙钛矿太阳能电池提高到创纪录的25%效率并通过国际电工委员会规定的稳定性测试的团队。”


该团队已经为他们的设计申请了专利，并希望获得许可，最终将他们的钙钛矿设备推向市场。与此同时，他们正在试验不同的二茂铁设计，以进一步提高设备的性能和稳定性。

来源：贤集网