窗户发电指日可待?科学家研发透明电极 与硅光伏电池结合还可提高效率
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窗户发电指日可待?科学家研发透明电极 与硅光伏电池结合还可提高效率

2021年06月01日 18:07:31
来源:财联社

财联社(上海,编辑 黄君芝)讯,一个国际科学家团队日前展示了一种新型的透明电极,它可以作为关键的建筑构件。他们表示,新的超薄金属电极,使研究人员能够制造出高效的半透明钙钛矿太阳能电池,并且与传统的硅电池结合可以极大地提高两种设备的性能。

这一突破克服了之前在这一领域的一些性能问题,他们希望有朝一日能够开发出完全透明的太阳能电池,作为住宅和其他建筑的窗户。

几十年来,硅基太阳能电池一直是太阳能技术的支柱,但最近人们发现钙钛矿基太阳能电池开始崭露头角。不断提高的效率使这些太阳能电池成为有关可再生能源的讨论的前沿和中心,其中一个令人兴奋的可能性是将它们与传统的硅基电池结合,以降低成本并提供更高的转换效率。

事实上,在早期的工作中,科学家们已经展示了如何用超薄的金薄膜作为电池的透明电极,但一直在努力创造一个均匀的层,因为这与导电性能息息相关。这项新研究的作者现在发现,使用铬种子层可以让他们生长出均匀、超薄的金膜,就可以达成目的,并制造出具有良好导电性的透明电极。

宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程助理研究教授Dong Yang表示:“通常情况下,如果你长出一层像金一样的薄层,这些纳米粒子会耦合在一起,像小岛一样聚集。铬具有巨大的表面能量,这为金在其表面生长提供了良好的位置,它实际上允许黄金形成连续的薄膜。”

“我们已经证明我们可以用非常薄的、几乎只有几个原子层的金来制造电极,”宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程副总裁兼教授Shashank Priya说,“超薄金层具有高导电性,同时它不会干扰电池吸收阳光的能力。”

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作为钙钛矿电池的一部分,这些超薄电极被证明是稳定的,并且在团队的测试中显示出了高效率。据了解,这种钙钛矿电池本身的效率为19.8%,创下了半透明电池的记录。而当与传统的硅太阳能电池结合时,串联装置实现了28.3%的效率,高于单独使用硅电池时的23.3%。

Priya表示,“5%的效率提高是巨大的。这基本上意味着每平方米的太阳能电池材料可以多转换大约50瓦的阳光。太阳能发电厂可以由数千个模块组成,因此可以产生大量电力,这是一个重大突破。”

将这些发现转化为商用太阳能电池仍有工作要做,但科学家们表示,他们已经解决了串联太阳能电池开发中的两个重要问题,即电极的透明度和导电性。

“透明太阳能电池总有一天会出现在家庭和办公楼的窗户上,利用本来会被浪费的阳光发电,”宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程助理研究教授Kai Wang表示,“这是一大步——我们终于成功制造出了高效、半透明的太阳能电池。”