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【前沿】科学家研发出半透明太阳能电池

导读: 科学家们研发出了具有高功率转换效率的半透明钙钛矿太阳能电池,而且该电池还可以在传播可见光的时候隔离红外线,这无疑让未来设想中的太阳能窗户离我们更近一步。

  科学家们研发出了具有高功率转换效率的半透明钙钛矿太阳能电池,而且该电池还可以在传播可见光的时候隔离红外线,这无疑让未来设想中的太阳能窗户离我们更近一步。

  出于艺术效果和成本考虑,现代建筑学家们都喜欢用玻璃来修建建筑外部。而科学家们则更进一步,希望能够借此机会获得太阳能。已经有科学家开始探索如何将太阳能材料做成透明或半透明来取代玻璃,但就目前来看这还是一项很困难的任务,因为太阳能电池如果变成透明的,那么它能量转换效率就会大大降低。

  现在主流的太阳能电池材料都是晶体硅,然而该材料很难做成透明或半透明状态。现在科研人员正在开发半透明的太阳能电池,比如有机或者染色敏化材料,但是它们的能量转化效率太低。钙钛矿是有机无机混合型光伏材料,并且具有易于生产和便宜的特点。而在过去的几年里,钙钛矿太阳能电池效率有了大幅度提升。

  韩国先进科学技术研究所电气工程学院教授Seunghyup Yoo和成均馆大学化学工程学院的教授Nam-Gyu领导的研究团队使用钙钛矿开发出半透明的高效太阳能电池。

  该团队开发出高级透明电极(TTE)对钙钛矿电池的兼容性非常好。在通常情况下,实现半透明太阳能电池的关键是找到一种与相应光敏电池系统兼容的TTE,钙钛矿电池同样如此。TTE的提出基于多层堆叠理论,就是如三明治一样将金属薄膜夹在高折射率(高指数)层和界面缓冲层之间。在钙钛矿太阳能电池中,这种TTE的制备不需要使用任何有害材料。不像传统的透明电极只能传输可见光,这种TTE具有传输可见光和反射红外线的双重作用。由这种TTE组成的半透明太阳能电池平均转化效率高达13.3%,并可以阻挡85.5%的红外线。

  该团队认为如果半透明钙钛矿太阳能电池能在实际应用中增大数倍,那么它们完全可以应用于太阳能窗户和汽车(不但可以产生电能还能确保对内部环境热量的智能管理),从而可以更加高效地利用太阳能。

  科研人员把透明电极(TE)设计为堆叠三层:银薄膜位于底部三氧化二钼界面层和顶部硫化锌高指数介电层之间。通过指数匹配技术,这种三层堆叠方法可以增加全部可见光在金属薄膜中的透射率。这种方法本质上跟眼镜上的抗反射涂层技术一样,除了它只有一层金属层。

  一般说来,当TE是基于金属薄膜的,那么其薄膜就会非常薄并拥有透明和可透过可见光等特点。然而,该科研团队采用一种与众不同的方法。他们所制得的银TE比传统金属薄膜更薄两到三倍,因此,其反射红外线能力更强。高折射率的硫化锌层在可见光于TTE中的传播过程中扮演着极其重要的角色,并使其在可见光范围内保持低折射率。

  科研人员过实验证实了半透明钙钛矿太阳能电池具有热镜特性。薄膜吸收光并将太阳能阻挡在外,因此薄膜表面温度变的极高如同持续暴露在灯光底下,但是半透明太阳能电池仍保持冷却因为它将太阳热量反射出去。整个太阳能量反射高达89.6%。

  科研人员称该项研究的主要贡献是发现透明电极技术和透明钙钛矿电极相适配并提供一种作为电极更能发挥其潜能的设计方法。而现在的研究允许他们进行更自由的设计并提供更多机会可以将这些设计整合到真实世界应用中,比如,汽车、建筑和房屋。

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