一种硫氰酸胍盐化合物将钙钛矿太阳能电池效率提高到23%

作者：UniversityofToledo

利用世界上最清洁、最丰富的可再生能源的最经济、最有效的方法离现实又近了一步。

托莱多大学的物理学家将太阳能电池的性能提升到前所未有的水平，在制造新材料的化学配方和工艺上取得了重大突破。

与美国能源部国家可再生能源实验室和科罗拉多大学合作，托莱多大学的物理教授YanfaYan博士预计，这种被称为串联钙钛矿太阳能电池的超高效材料将在不久的将来在消费市场上的全尺寸太阳能电池板上首次亮相。

钙钛矿（perovskites）是一种通过化学形成特殊晶体结构的复合材料，它将取代硅，硅目前仍然是太阳能电池将太阳光转化为电能的首选材料。

Yan博士说：“我们正在生产效率更高、成本更低的太阳能电池，这显示出帮助解决世界能源危机的巨大希望。这项有意义的工作将有助于我们的孩子和后代保护我们的地球。我们现在在消耗大部分化石能源方面遇到了问题，我们的合作团队致力于改进我们的创新方法来清理混乱。”

这篇发表在《科学》杂志上的最新研究论文概述了光伏团队如何微调铅和锡的混合，以使这项技术更接近其最高效率。目前的努力使新太阳能电池的效率达到了23%左右。相比之下，目前市场上的硅太阳能电池板的额定效率约为18%。

科学家们使用一种叫做硫氰酸胍盐的化合物来显著改善铅锡混合钙钛矿薄膜的结构和光电性能。

“科学是世界上顶尖的学术期刊，与自然并驾齐驱，五个月前严博士发现了一种能产生白光的材料，这种材料可以提高LED灯泡的效率和吸引力，才发表了其他的研究成果，”托莱多大学物理和天文学系教授兼主席SanjayKhare博士说。他在托莱多大学的重要可持续发展工作可以帮助世界使用清洁能源。

大约五年前，Yan在托莱多的团队发现了钙钛矿的理想特性，此后他将20年的经验集中在生产一种全钙钛矿串联太阳能电池上，该电池将两种不同的太阳能电池结合在一起，以增加利用太阳光谱的两个不同部分产生的总电能。

上个月，美国能源部授予Yan博士110万美元的补助金，以继续他与国家可再生能源实验室的合作研究。

“这是我们等了很久的材料，”Yan说。“太阳能产业正在观望和等待。一些公司已经开始投资这项技术。”

Yan是半导体、材料合成和薄膜太阳能电池制造中缺陷物理和电子特性理论的专家。

“我们的研究正在进行，以制造更便宜、更高效的太阳能电池，这可能与目前流行的硅光伏技术相媲美，甚至超过后者，”托莱多大学物理和天文学系的研究助理教授、该研究的合著者宋兆宁博士说。我们的串联太阳能电池有两层钙钛矿，具有很高的能量转换效率，并有可能降低太阳能电池板的生产成本，这是光电技术的一个重要进步。”

虽然Yan的团队已经提高了材料的质量和以低成本制造它们的工艺，但还需要取得更多的进展。

宋说：“材料成本低，制造成本低，但材料的寿命仍然未知。我们需要继续提高效率和稳定性。”

“此外，铅被认为是一种有毒物质，我决心与太阳能行业合作，确保用这种材料制成的太阳能电池板可以回收利用，这样它们就不会对环境造成危害。”Yan说到。