新材料使更便宜的太陽能電池更容易制造

來自香港城市大學（CityU）的研究人員將倫敦帝國理工學院研究人員制造的二茂鐵加入到鈣鈦礦太陽能電池中，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》雜志上。

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

“我們與香港同事的合作是非常偶然的，在我做了一個關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去。在幾個月內(nèi)，城大的團隊告訴我們結果是令人興奮的，并要求我們發(fā)送更多的樣品，開始了一項研究計劃，其結果是更有效和更穩(wěn)定的鈣鈦礦裝置。”

鈣鈦礦形成了太陽能電池設備的"光收集"層。然而，與硅基太陽能電池相比，這些設備將太陽能轉化為電能的效率較低，主要是因為電子的"流動性"較低--它們從采集層移動到電力轉換層的能力較低。

二茂鐵是以鐵為中心，由碳的夾層環(huán)包圍的化合物。二茂鐵的獨特結構在1952年首次被帝國理工學院的諾貝爾獎獲得者杰弗里·威爾金森教授所認識，并且二茂鐵至今仍因其獨特的特性在世界各地被研究。它們的結構賦予它們的一個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到后續(xù)層，提高將太陽能轉換為電能的效率。

城大團隊和商業(yè)實驗室進行的測試表明，添加了二茂鐵層的鈣鈦礦裝置的效率可以達到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題。帝國理工學院的團隊一直在實驗將不同的化學基團附著在二茂鐵的碳環(huán)上，在向香港團隊發(fā)送了由博士生Stephanie Sheppard制作的幾個版本后，合作者發(fā)現(xiàn)了一個版本，該版本大大改善了鈣鈦礦層與設備其他部分的附著力。

這種增加的附著力提高了設備的穩(wěn)定性，這意味著它們在以最大功率連續(xù)工作1500小時后，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)硅電池的國際標準。

來自城大的首席研究員朱宗龍博士說：“我們是第一個成功將倒置的鈣鈦礦太陽能電池提升到25%的創(chuàng)紀錄高效率并通過國際電工委員會規(guī)定的穩(wěn)定性測試的團隊。”

該團隊已經(jīng)為他們的設計申請了專利，并希望獲得許可，最終將他們的鈣鈦礦設備推向市場。同時，他們正在試驗不同的二茂鐵設計，以進一步提高設備的性能和穩(wěn)定性。