我國在鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域取得重要突破 鈣鈦礦太陽能電池原理

• 2018年7月20日 WuYaNan來源：科技部 559 31
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  2018-2023年中國液化天然氣LNG行業(yè)供需趨勢及投資風(fēng)險研究報告

  液化天然氣LNG研究報告對液化天然氣LNG行業(yè)研究的內(nèi)容和方法進行全面的闡述和論證，對研究過程中所獲取的液化天然氣LNG資料進行全面系統(tǒng)的整理和分析，通過圖表、統(tǒng)計結(jié)果及文獻資料，或以縱向L...

鈣鈦礦太陽能電池，科學(xué)家們在最新研究中發(fā)現(xiàn)，一種鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的有機太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率或可高達22.1%，為目前市場上太陽能電池轉(zhuǎn)化效率的2倍，能大幅降低太陽能電池的使用成本。

鈣鈦礦太陽能電池，科學(xué)家們在最新研究中發(fā)現(xiàn)，一種鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的有機太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率或可高達22.1%，為目前市場上太陽能電池轉(zhuǎn)化效率的2倍，能大幅降低太陽能電池的使用成本。相關(guān)研究發(fā)表在最新一期的《自然》雜志上。

鈣鈦礦太陽能電池以其制備簡單、成本低和效率高的優(yōu)勢在新型光伏技術(shù)領(lǐng)域迅速崛起。鈣鈦礦太陽能電池按照器件結(jié)構(gòu)可分為正式和反式兩種結(jié)構(gòu)，相比于正式結(jié)構(gòu)，反式結(jié)構(gòu)器件因制備工藝更加簡單、可低溫成膜、無明顯回滯效應(yīng)、適合與傳統(tǒng)太陽能電池(硅基電池、銅銦鎵硒等)結(jié)合制備疊層器件等優(yōu)點，受到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注。但仍然存在開路電壓與理論值差距較大、光電轉(zhuǎn)換效率仍然偏低等應(yīng)用瓶頸。

鈣鈦礦太陽能電池原理

鈣鈦礦是以俄羅斯礦物學(xué)家Perovski的名字命名的，最初單指鈦酸鈣(CaTIO3)這種礦物，后來把結(jié)構(gòu)與之類似的晶體統(tǒng)稱為鈣鈦礦物質(zhì)。

鈣鈦礦太陽能電池中常用的光吸收層物質(zhì)是甲氨鉛碘(CH3NH3PbI3)，由于CH3NH3PbI3這種材料中既含有無機的成分，又含有有機分子基團，所以人們也將這類太陽能電池稱作雜化鈣鈦礦太陽能電池。

(a)鈦酸鈣(GaTIO3)晶體的原子結(jié)構(gòu);(b)鈣鈦礦太陽能中吸光層物質(zhì)甲氨鉛碘(CH3NH3PbI3)晶體的原子結(jié)構(gòu)。

光電轉(zhuǎn)換效率高

想要了解鈣鈦礦太陽能電池具有高效性能、備受人們青睞的秘密所在，我們就不得不說說它的光吸收與能量轉(zhuǎn)化的原理了。

這一奇妙的過程大致如下：

太陽光入射到電池吸收層后隨即被吸收，光子的能量將原來束縛在原子核周圍的電子激發(fā)，使其形成自由電子。

由于物質(zhì)整體上必須保持電中性，電子被激發(fā)后就會同時產(chǎn)生一個額外的帶正電的對應(yīng)物，物理學(xué)上將其叫做空穴。這樣的一個“電子--空穴對”就是科學(xué)家們常說的“激子”。

2017年諾貝爾化學(xué)獎將于4日揭曉，武漢理工大學(xué)程一兵團隊在鈣鈦礦光伏組件的制備技術(shù)上已經(jīng)取得了實質(zhì)性突破，這標(biāo)志著武漢在這項"諾獎級"的技術(shù)上走在了世界前列。

武漢理工大學(xué)獲悉，程一兵專家團隊在兩項鈣鈦礦太陽能電池組件制備技術(shù)方面取得突破，達到國際上同類產(chǎn)品的最高光電轉(zhuǎn)換效率。

武漢理工大學(xué)材料復(fù)合新技術(shù)國家重點實驗室彭勇教授介紹說，程一兵團隊研制開發(fā)的5cmx5cm塑料基板柔性鈣鈦礦太陽能電池組件，8月8日在國家光伏質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心通過第三方權(quán)威機構(gòu)認證，獲得組件光電轉(zhuǎn)換效率11.4%的結(jié)果，超過日本東芝公司于9月25日宣布的5cmx5cm柔性鈣鈦礦太陽能電池組件10.5%的光電轉(zhuǎn)換效率。

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