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2D-3D鈣鈦礦太陽能電池實現25.32%突破性轉換效率

近日,一個由中瑞科研小組領導的國際科學家團隊在鈣鈦礦太陽能電池領域取得了重大突破,成功製造出一種具有世界紀錄能量轉換效率的2D-3D鈣鈦礦太陽能電池。


這種太陽能電池擁有一種稱為2D/3D異質接面結構,可以廣泛應用於常規光伏系統,以及車載太陽能(VIPV)和建筑一體化光伏(BIPV)等領域。關鍵特點是在鈣鈦礦層和載子傳輸層之間引入了一層2D鈣鈦礦層,可以改善載子的傳輸和提取效率,同時抑制離子的遷移。與傳統的3D器件相比,這種結構通常具有更大的激子結合能,並且由於有機配體的保護作用,更加穩定。

圖片來源:Advanced Materials-研究二維/三維鈣鈦礦異質結的載流子提取和缺陷鎖定的效應


科學家們使用一種稱為n-butylammonium iodide(BAI)的前驅物來製造2D鈣鈦礦吸收層,使2D鈣鈦礦層間的分子可以有效飽和3D鈣鈦礦表面,減少制造過程中的表面缺陷,從而形成場效應通道電性的能量偏移,增加了層的活化能,使電池的效率得到顯著提升。在標準照射條件下測試,這種新型太陽能電池的能量轉換效率達到了驚人的25.32%。與沒有2D層的參考器件相比,它的效率提高了近2個百分點。此外,在經過長達2000小時的運行後,這種電池仍然能保持90%的初始效能值

圖片來源:EPFL-2D-3D鈣鈦礦太陽能電池迷你模塊


除了單個電池的表現出色,這個團隊還基於這種新型電池技術成功建造了一個迷你模塊,其效率達到了21.39%。研究人員估計,這些模塊的效率可能在未來達到23%左右。據預計,這些模塊將在三年內進入商業生產階段。而且,這種電池的成本估計為每千瓦時0.02美元,且能源回收期僅為6個月。


太陽能科技一直以來都是能源領域的關鍵研究領域之一,這項創新的2D-3D鈣鈦礦太陽能電池技術將不僅為太陽能行業帶來重要的技術突破,還為可再生能源的普及和應用提供了更廣闊的前景。這將有助於推動清潔能源的發展,減少對化石燃料的依賴,並為我們的環境和未來的能源供應帶來更可持續的解決方案。




參考資料: 1. 2D/3D perovksite solar cell with record-breaking efficiency of 25.32%

2. Visualizing Interfacial Energy Offset and Defects in Efficient 2D/3D Heterojunction Perovskite Solar Cells and Modules https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202302071

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