在過去幾年里，將鈣鈦礦作為太陽能電池材料的研究越來越多。最近，發(fā)表在《今日材料》雜志上的一項新研究(“用于p – I – n反鈣鈦礦太陽能電池的納米多孔p型NiOx電極在空氣中可以穩(wěn)定存在”)揭示了如何提高這些太陽能電池的壽命。
來此韓國Chonnam National大學(xué)的作者 Chang Kook Hong博士解釋道：“盡管人們對鈣鈦礦在太陽能能源方向的應(yīng)用有著很多期待，但提高鈣鈦礦的穩(wěn)定性才是最具挑戰(zhàn)的一項任務(wù)。”
鈣鈦礦是所有具有相同特定形式的鈣鈦礦氧化物晶體結(jié)構(gòu)的礦物的總稱，而這種鈣鈦礦于1839年在俄羅斯烏拉爾山脈首次被發(fā)現(xiàn)，并命名為俄羅斯礦物學(xué)家L. A. Perovski。鈣鈦礦的獨特結(jié)構(gòu)具備的特定性質(zhì)可以通過改變形成它們的各種陽、陰離子來調(diào)整。 基本上，該結(jié)構(gòu)具有化學(xué)通式ABX3，其中’A’和’B’表示在尺寸上非常不同的帶正電荷的金屬陽離子，而’X’是帶負電荷的陰離子， 在晶體中它們將于金屬陽離子連接在一起。
?在實驗室中可以用很低的成本來合成鈣鈦礦，并與太陽能薄膜相融合。所謂陽離子，不必一定是金屬離子，也可以是一些帶正電荷的離子比如說，銨離子或者一種有機物的離子，而且所加入得A和B尺寸大小是不同的，當(dāng)一個合適的負離子產(chǎn)生，它們的結(jié)合就會導(dǎo)致鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)。
Dr. Hong和他的同事一起研究了一種稱為共沉淀法的方法，這種方法可以用來制造納米多孔氧化鎳作為鈣鈦礦太陽能電池的HTL薄膜，這種鈣鈦礦太陽能電池中的鈣鈦礦層是由FAPbI3和MAPbBr3組合成的，在電化學(xué)會議中確定，空位與負電子是等效的，F(xiàn)APbI3是碘化甲銨鉛，MAPbBr3是溴化銨鉛。此外，他們使用更加符合空氣動力學(xué)的無機氧化鋅納米顆粒化合物作為ETL來防止鈣鈦礦層受到空氣雜質(zhì)影響。
作為研究報告作者之一的Sawanta Mali博士表示：“我們研發(fā)了一種可以制造符合空氣動力學(xué)的鈣鈦礦的簡單方法，使HTL和ETL金屬氧化物基體保護層可以更高效率的吸收鈣鈦礦。我們的主要目的就是解決之前傳統(tǒng)添加劑的冗長實驗過程和高昂價格費用、利用低成本原料替代不穩(wěn)定的HTLS以及無機空氣穩(wěn)定P—N型金屬氧化物等問題。”
使用這些鈣鈦礦器件結(jié)構(gòu)進行初步的實驗測試表明，功率轉(zhuǎn)換效率大概為19.1%。電流密度接近23mA/cm2時，可產(chǎn)生電壓1.076伏特。重要的是，這種設(shè)備可以在使用五個月內(nèi)仍然保持著80%的高效率水平。
科研團隊建議他們的方法可以致使鈣鈦礦的太陽能電池更加高效和符合空氣動力學(xué)，Hong博士表示：“然而，這項技術(shù)不僅僅局限于實驗室的小規(guī)模，利用這些設(shè)備架構(gòu)使大規(guī)模的生產(chǎn)制造也是有可能實現(xiàn)的。”
原文來自nanowerk
化學(xué)慧納米材料系列產(chǎn)品
