北伊利諾伊大學(xué)和美國(guó)能源部(DOE)位于科羅拉多州Golden的國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)的研究人員今天(2月19日)在《自然》雜志上報(bào)道了混合鈣鈦礦太陽(yáng)能電池開發(fā)的潛在突破。

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池被認(rèn)為是太陽(yáng)能領(lǐng)域的后起之秀，將光轉(zhuǎn)化為電能。與傳統(tǒng)的硅基太陽(yáng)能電池相比，它們可能更便宜，生產(chǎn)更簡(jiǎn)單，并且至少在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模較小的情況下，它們已顯示出可比的效率水平。但是，關(guān)鍵挑戰(zhàn)仍然無法成為競(jìng)爭(zhēng)性的商業(yè)技術(shù)。

一個(gè)主要挑戰(zhàn)是鉛的使用。大多數(shù)性能最高的混合鈣鈦礦太陽(yáng)能電池均包含水溶性鉛，這引發(fā)了人們對(duì)受損電池潛在泄漏的擔(dān)憂。

在NIU的Tao Xu和NREL的Kai Zhu的帶領(lǐng)下，一組科學(xué)家開發(fā)了一種技術(shù)，該技術(shù)可通過在太陽(yáng)能電池的正面和背面應(yīng)用鉛吸收膜來隔離制造鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池所用的鉛，并將潛在的毒性泄漏降至最低。

NIU化學(xué)教授徐說：“鉛的毒性問題一直是鈣鈦礦太陽(yáng)能電池領(lǐng)域中最令人困擾，最后一英里的挑戰(zhàn)之一。”“我們認(rèn)為我們對(duì)這個(gè)問題有非常有希望的補(bǔ)救辦法，這可能會(huì)改變游戲規(guī)則。

“如果電池受損，我們的設(shè)備會(huì)捕獲大部分鉛，從而防止其浸入地下水和土壤中。我們使用的薄膜不溶于水。”

科學(xué)家們說，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中太陽(yáng)能電池受到嚴(yán)重破壞的情況下，吸鉛膜隔離了96%的鉛泄漏。他們的實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步表明，鉛吸收層不會(huì)對(duì)電池性能或長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性產(chǎn)生負(fù)面影響。

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池之所以得名，是因?yàn)樗鼈兪褂玫木w結(jié)構(gòu)類似于在鈣鈦礦中發(fā)現(xiàn)的晶體結(jié)構(gòu)。這些太陽(yáng)能電池中的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)化合物最常見的是基于有機(jī)-無機(jī)鹵化鉛的混合材料。

科學(xué)家僅在大約十年前才開始研究這些用于太陽(yáng)能電池的晶體結(jié)構(gòu)，并迅速提高了它們的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率。傳統(tǒng)的硅太陽(yáng)能電池是在高溫下通過精密工藝生產(chǎn)的，而鈣鈦礦則可以使用室溫化學(xué)溶液來生產(chǎn)。