據(jù)報道，德國伍珀塔爾大學(xué)(University of Wuppertal)的研究人員近期研發(fā)了一種具有低界面損耗和高開路電壓的有機(jī)鈣鈦礦太陽能電池。
該器件的開路電壓為2.15 V，短路電流為14.0 mA cm ，填充因子為80%。
最值得驕傲的是，這種新型鈣鈦礦有機(jī)串聯(lián)太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了24%，創(chuàng)下世界新紀(jì)錄，而它的厚度僅為1 m。
研究人員Kai Brinkmann表示，“我們的太陽能電池可以在人們能想到的幾乎任何光滑的基板上加工——從建筑物正面到車頂、手機(jī)背面，到塑料箔，甚至可以集成到衣服中。”
眾所周知，傳統(tǒng)的太陽能電池技術(shù)主要基于半導(dǎo)體硅，現(xiàn)在被認(rèn)為是“已經(jīng)達(dá)到性能極限”了。因此，開發(fā)新的太陽能技術(shù)，為能源轉(zhuǎn)型做出決定性貢獻(xiàn)，這一點非常重要。上述研究成果已于近期發(fā)表在了《自然》雜志上。
在新研究中，研究人員結(jié)合了兩種替代吸收材料。他們使用了有機(jī)半導(dǎo)體，這是一種在特定條件下可以導(dǎo)電的碳基化合物。然后與基于鉛鹵化合物的鈣鈦礦搭配，它們具有優(yōu)異的半導(dǎo)體性能。
由于陽光由不同的光譜成分(即顏色)組成，因此高效的太陽能電池必須將盡可能多的陽光轉(zhuǎn)化為電能。這可以通過所謂的串聯(lián)電池來實現(xiàn)，其中不同的半導(dǎo)體材料組合在太陽能電池中，每種材料吸收不同范圍的太陽光譜。
據(jù)了解，在目前的研究中，有機(jī)半導(dǎo)體用于光的紫外和可見光部分，而鈣鈦礦可以有效地吸收近紅外光。過去已經(jīng)探索過類似的材料組合，但現(xiàn)在研究團(tuán)隊成功地提高了它們的性能。
研究人員解釋稱，為了實現(xiàn)如此高的轉(zhuǎn)化效率，必須將太陽能電池內(nèi)材料之間的界面損失降到最低。為了解決這個問題，科學(xué)家們開發(fā)了一種所謂的“互連體”，將有機(jī)子電池和鈣鈦礦子電池以電子和光學(xué)方式耦合起來。
作為互連，一層薄薄的氧化銦被集成到太陽能電池中，其厚度僅為1.5納米，以盡可能降低損耗。模擬結(jié)果表明，未來可以通過這種方法實現(xiàn)效率超過30%的串聯(lián)電池。
研究人員說，“在我們開始這個項目的時候，世界上最好的鈣鈦礦/有機(jī)串聯(lián)電池的效率約為 20%。而現(xiàn)在，我們的效率是24%，模擬試驗表明，我們的概念應(yīng)該可以讓我們的效率超過30%。”
