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美国伦斯勒理工学院用无铅硫族钙钛矿为太阳能电池开辟新道路

太阳能的广泛过渡将在很大程度上依赖于可靠、安全、廉价的技术,如用于能源储存的电池和用于能源转换的太阳能电池。在美国伦斯勒理工学院,研究人员就重点关注这两个方面。

日前发表在《先进功能材料》杂志上的一项研究中,一个由工程师、材料科学家和物理学家组成的团队展示了一种新的材料——无铅硫族化合物钙钛矿——如何比其他通常被认为是更安全、更有效的选择,这种新材料以前从未被考虑用于太阳能电池。

“这些类型的材料在第一天就给您带来了非常好的性能,但是在三到四天之内(最多一周),你会发现它们的性能急剧下降。同时,这些材料不环保,因为它们含有铅。”机械,航空航天和核工程专业的教授Nikhil Koratkar说。

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图片来源:伦斯勒理工学院

为了克服这一挑战,Koratkar和一组研究人员,其中包括机械工程专业的博士生Tushar Gupta,演示了一种无铅硫代钙钛矿的薄膜,特别是钡锆硫化物(BaZrS3),如何可能取代含铅的钙钛矿,获得一种更安全、更稳定的应用。

为了测试这种化合物将光转化为电流的能力,研究小组用它来制造光传感器。研究人员在实验室的工作表明,BaZrS3在本质上更稳定,也更防水。他们能够通过理论计算和计算模型证明,当暴露在潮湿或强烈的阳光下时,BaZrS3是高度抵抗反应或分解的。这也通过为期四周的详细设备老化研究得到了实验验证。最重要的是,Koratkar说,制造这种化合物实际上比高质量的硅更便宜。

“美国国家工程院已经定义了14项重大挑战;其中之一就是让从太阳中获取能量变得更便宜和更广泛。”Koratkar说。“这就是这项工作的动机,即开发出新的材料,既能与硅的效率相媲美,又能降低太阳能电池的制造成本,这是实现这一目标的关键。”


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