材料学家开发出可提高太阳能电池效率的新型透明电极

2021-05-31 11:04  来源:cnBeta.COM  浏览:  

一个国际科学家团队说,开发新的超薄金属电极使研究人员能够创造出半透明的过氧化物太阳能电池,这种电池效率很高,可以与传统的硅电池结合,大大提升两种设备的性能。这项研究代表着向开发完全透明的太阳能电池迈出了一步。

宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程系助理研究教授、该研究的共同作者Wang Kai说:"透明太阳能电池有朝一日可以在家庭和办公大楼的窗户上找到一席之地,从本来会被浪费的阳光中发电。这是很大的进步,这代表着我们终于成功地制造了高效的半透明太阳能电池。"

传统的太阳能电池是由硅制成的,但科学家们认为,在创造更高效的太阳能电池的进程中,他们正在接近该技术的极限。科学家们说,过氧化物电池提供了一个有希望的替代方案,将它们堆叠在传统电池之上可以创造出更高效的串联设备。

宾夕法尼亚州立大学负责研究的副校长和材料科学与工程教授Shashank Priya说:"我们已经证明我们可以用非常薄的、几乎只有几个原子层的金来制作电极。"薄金层具有很高的导电性,同时它不会干扰电池吸收阳光的能力。"

该团队开发的过氧化物太阳能电池达到了19.8%的效率,创下了半透明电池的记录。而当与传统的硅太阳能电池结合时,该串联装置达到了28.3%的效率,高于单独硅电池的23.3%。科学家们在《纳米能源》杂志上报告了他们的发现。

Priya说:"5%的效率提高是巨大的,这基本上意味着你为每平方米的太阳能电池材料多转换了大约50瓦的太阳光。太阳能农场可以由成千上万的模块组成,所以这加起来就是大量的电力,这是一个很大的突破。"

科学家们说,在以前的研究中,超薄金膜作为包晶石太阳能电池的透明电极显示出了前景,但在创造一个均匀的层方面存在技术上的困难,如果不能解决,则会导致导电性差。

该团队发现,作为种子层的铬允许金在上面形成具有良好导电性能的连续超薄层。

宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程系助理研究教授Dong Yang说:"通常情况下,如果你生长一个像金这样的薄层,纳米颗粒会耦合在一起,像小岛一样聚集在一起。"铬具有很大的表面能,为金在上面生长提供了一个很好的地方,它实际上允许金形成一个连续的薄膜。"

过氧化物太阳能电池由五层组成,其他被测试为透明电极的材料损坏或退化了的电池层。科学家们说,在实验室测试中,用金电极制成的太阳能电池是稳定的,并在一段时间内保持高效率。基于透明电极的串联电池架构设计的这一突破,可以为过渡到过氧化物和串联太阳能电池提供一条有效的途径。

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