南洋理工大学科学家研制出钙钛矿太阳能电池

2020年07月23日

编者按

来自新加坡南洋理工大学的科学家开发出按比例放大的钙钛矿太阳能电池,创造了最高的功率转记录。该成果已于7月14日在NTU官网上公布。

新材料钙钛矿

在太阳能电池应用中,新材料钙钛矿已经成为一种有前途的硅替代品。该材料具有类似于硅太阳能电池的功率转换效率,而且也可用于制造轻质柔性和半透明电池,非常适合在建筑物和各种城市空间中使用。钙钛矿技术正朝着工业化快速发展,其稳定性和达到更大的规模的扩展性,被研究人员视为最后需要克服的障碍。

钙钛矿太阳能电池

现在,NTU的研究人员报告说,他们已经采用了一种称为“热共蒸发”的通用工业涂层技术,并发现它可以制造21平方厘米的太阳能电池模块,功率转换效率达到创纪录的18.1%。这些是可伸缩钙钛矿太阳能电池的最高记录值。

热蒸发是一种成熟的涂层技术,目前用于生产包括有机发光二极管(OLED)电视在内的电子产品。

南洋理工大学科学家研制出钙钛矿太阳能电池

钙钛矿太阳能微型模块

来源:NTU官网

NTU能源研究所(ERI @ N)的高级科学家,安娜丽莎布鲁诺博士(Dr Annalisa Bruno),解释了在大规模采用钙钛矿型太阳能电池模块后出现的路障。

“迄今为止,使用称为“旋涂”的溶液技术,在实验室中实现了性能最佳的钙钛矿太阳能电池,其尺寸远小于1 cm²。但是,当在大表面上使用时,该方法导致钙钛矿型太阳能电池的功率转换效率较低。这是由于固有的局限性,包括缺陷和大面积不均匀性,使其对工业制造方法具有挑战性”,她说。

她还说,“通过使用热蒸发形成钙钛矿层,我们的团队成功开发出钙钛矿太阳能电池,据报道,其功率转换效率最高,记录了大于10 cm 2的组件。我们的工作证明了钙钛矿技术与工业工艺的兼容性以及其进入市场的潜力。这对新加坡来说是个好消息,新加坡正寻求增加其能源需求的太阳能使用。”

ERI @ N的第一作者兼研究员李佳博士说:“我们已经首次展示了共蒸发钙钛矿太阳能电池的出色可扩展性。这一步骤将加速这项技术从实验室到工业的过渡。

彩色版本与专家看法

利用相同的技术,研究人员随后制造了钙钛矿太阳能电池和微型模块的彩色半透明版本,从而在整个不同颜色范围内实现了相似的功率转换效率度量。

南洋理工大学科学家研制出钙钛矿太阳能电池

彩色半透明钙钛矿太阳能电池

来源:NTU官网

这些结果证明了热蒸发方法在生产用于各种光电应用的各种基于钙钛矿的太阳能器件中的多功能性

NTU副总裁(战略与合作伙伴),同时也是该论文的领衔作者之一的Subodh Mhaisalkar教授说,这些发现为新加坡和其他国家的城市环境打开了可以比以往更有效地利用阳光的力量的大门。

NTU能源研究所(ERI @ N)执行主任的Mhaisalkar教授说,“太阳能微型模块可以在摩天大楼的外墙和窗户上使用,而当前的硅太阳能电池板不透明且会阻挡光线,因此无法使用。建筑物所有者将能够在建筑设计中加入半透明彩色太阳能电池,收获更多的太阳能而又不损害建筑物的美学品质。”

材料科学与工程学院的Nripan Mathews副教授,领衔作者之一说,“这项工作突出了NTU钙钛矿研究的广度和深度。高效钙钛矿硅串联设备从用于建筑物的大面积太阳能电池,到发光二极管,我们的团队受到鼓舞,而去致力于解决加快技术部署所面临的关键挑战。”

阿明·阿伯利教授者(Professor Armin Aberle),新加坡国立大学(NUS)太阳能研究所执行长说:“这项工作是高效率的大面积钙钛矿型太阳能电池的第一示范,我们将与NTU紧密合作,在新加坡开发30%效率的钙钛矿-硅叠层太阳能电池。”

南洋理工大学科学家研制出钙钛矿太阳能电池

NTU科研人员

来源:NTU官网

NTU团队现在正在考虑将钙钛矿和硅太阳能电池集成在一起,以制造串联太阳能电池。使用高效且可扩展的制造流程可以在保持低生产成本的同时,持续地大大提高单位面积的太阳能发电量。

南洋理工大学科学家研制出钙钛矿太阳能电池

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