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不含铅的钙钛矿太阳能何时问世?美科学家已找到潜力替代元素

2019-11-19 16:50:06 AutoSpy.cn

为了提高转换效率,目前的钙钛矿太阳能电池大多都有添加有毒金属铅,不过现在有科学家发现或许可以用铟(Indium)取代铅,在维持高转换效率的同时,也能提升太阳能电池稳定性与耐湿、热程度,这样一来就能降低铅的含量。

铟是科技产业的关键元素,主要运用在半导体、焊接或是重要透明导电膜 ITO,而铟也可以用来制造薄膜太阳能电池,其中铟是硫化锌矿石的次要成分,锌、铁、铅、铜和矿石精炼的副产物,来源非常广泛。

若铟可以取代有毒物质铅,或许可以缓解人们对钙钛矿安全性的疑问,虽说钙钛矿太阳能电池的铅含量只有少少的 2 公克,远远低于硅太阳能 16 到 18 公克,但不管是市面上其他含铅的产品还是硅晶太阳能板,这些都不易溶解,偏偏钙钛矿电池有着遇水降解问题,一旦太阳能板受损,下雨时铅就会流至自然环境中。

目前常用的钙钛矿太阳能为有机、无机材料杂化而成的钙钛矿电池,纵使转换效率进步飞快,从 3.8 % 跃升到可媲美硅晶太阳能电池,但有机离子易挥发、遇热易衰退的特性,大幅降低电池稳定性。随着钙钛矿太阳能电池加速商业化进展,铅安全性,电池耐热度、耐湿度等稳定性议题将会不断被提及。

先前中国太阳能厂商保利协鑫许下宏愿,2020 年后将钙钛矿产能从 10MW 增加到 100MW,2021 年后突破 1GW 规模,该团队现在也正努力降低钙钛矿电池的铅含量。

▲ 图为电池横切面,由上至下分别为碳电极、钙钛矿、氧化钛、掺氟氧化锡和玻璃。(Source:莱斯大学)

因此为了一探铟的能耐、是否能取代铅,解决太阳能电池的稳定性问题,美国莱斯大学改用热稳定性较高的无机钙钛矿电池碘化铯铅 CsPbI3,加以分析电池缺陷调变(Defect Engineering)后,再添加铟和溴,希望能调控太阳能电池的缺陷特性、降低缺陷密度。

研究结果发现,他们能够在维持效率高的同时,提升材料稳定性,目前研制出的小型电池最高转换效率为 12.04%,开路电压为 1.2V,除此之外,团队表示他们可以在常温环境下制作新型太阳能电池,电池封装后稳定性也长达 2 个月,相较之下过去只能维持短短几天而已。

团队认为,最佳化后新型钙钛矿太阳能电池转换效率可达 20% 。论文主要作者 Jia Liang 表示,与硅晶太阳能电池相比,它具有制造便宜等优势,只需将材料铺在在电池基板上,干燥后即可变成太阳能电池。

  • Indium provides a boost to perovskite stability
  • Perovskite solar cells get an upgrade

今天刊登了《不含铅的钙钛矿太阳能何时问世?美科学家已找到潜力替代元素》一文


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