新材料使更便宜的太陽(yáng)能電池更容易制造

來(lái)自香港城市大學(xué)（CityU）的研究人員將倫敦帝國(guó)理工學(xué)院研究人員制造的二茂鐵加入到鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中，極大地提高了其效率和穩(wěn)定性。該成果于4月21日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。

共同第一作者、帝國(guó)理工學(xué)院化學(xué)系的Nicholas Long教授說(shuō)：“硅電池高效但昂貴，我們迫切需要新的太陽(yáng)能設(shè)備來(lái)加速向可再生能源過(guò)渡。穩(wěn)定而高效的鈣鈦礦電池最終可以使太陽(yáng)能被用于更多的應(yīng)用--從為發(fā)展中國(guó)家供電到為新一代的可穿戴設(shè)備充電。”

“我們與香港同事的合作是非常偶然的，在我做了一個(gè)關(guān)于新的二茂鐵化合物的演講后，遇到了城大的朱宗龍博士，他讓我送一些樣品過(guò)去。在幾個(gè)月內(nèi)，城大的團(tuán)隊(duì)告訴我們結(jié)果是令人興奮的，并要求我們發(fā)送更多的樣品，開始了一項(xiàng)研究計(jì)劃，其結(jié)果是更有效和更穩(wěn)定的鈣鈦礦裝置。”

鈣鈦礦形成了太陽(yáng)能電池設(shè)備的"光收集"層。然而，與硅基太陽(yáng)能電池相比，這些設(shè)備將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率較低，主要是因?yàn)殡娮拥?quot;流動(dòng)性"較低--它們從采集層移動(dòng)到電力轉(zhuǎn)換層的能力較低。

二茂鐵是以鐵為中心，由碳的夾層環(huán)包圍的化合物。二茂鐵的獨(dú)特結(jié)構(gòu)在1952年首次被帝國(guó)理工學(xué)院的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者杰弗里·威爾金森教授所認(rèn)識(shí)，并且二茂鐵至今仍因其獨(dú)特的特性在世界各地被研究。它們的結(jié)構(gòu)賦予它們的一個(gè)特性是出色的電子豐度，在這種情況下，電子可以更容易地從鈣鈦礦層移動(dòng)到后續(xù)層，提高將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的效率。

城大團(tuán)隊(duì)和商業(yè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的測(cè)試表明，添加了二茂鐵層的鈣鈦礦裝置的效率可以達(dá)到25%，接近于傳統(tǒng)硅電池的效率。

但這并不是二茂鐵基材料解決的唯一問(wèn)題。帝國(guó)理工學(xué)院的團(tuán)隊(duì)一直在實(shí)驗(yàn)將不同的化學(xué)基團(tuán)附著在二茂鐵的碳環(huán)上，在向香港團(tuán)隊(duì)發(fā)送了由博士生Stephanie Sheppard制作的幾個(gè)版本后，合作者發(fā)現(xiàn)了一個(gè)版本，該版本大大改善了鈣鈦礦層與設(shè)備其他部分的附著力。

這種增加的附著力提高了設(shè)備的穩(wěn)定性，這意味著它們?cè)谝宰畲蠊β蔬B續(xù)工作1500小時(shí)后，仍能保持其初始效率的98%以上。由于添加了二茂鐵層而獲得的效率和穩(wěn)定性使這些鈣鈦礦裝置接近于目前傳統(tǒng)硅電池的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

來(lái)自城大的首席研究員朱宗龍博士說(shuō)：“我們是第一個(gè)成功將倒置的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池提升到25%的創(chuàng)紀(jì)錄高效率并通過(guò)國(guó)際電工委員會(huì)規(guī)定的穩(wěn)定性測(cè)試的團(tuán)隊(duì)。”

該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)為他們的設(shè)計(jì)申請(qǐng)了專利，并希望獲得許可，最終將他們的鈣鈦礦設(shè)備推向市場(chǎng)。同時(shí)，他們正在試驗(yàn)不同的二茂鐵設(shè)計(jì)，以進(jìn)一步提高設(shè)備的性能和穩(wěn)定性。