从价格便宜，使用方便的钙钛矿型太阳能电池的研究进展

由称为钙钛矿价格低廉，越来越受欢迎的材料制成的太阳能电池可以更有效地将阳光变成使用新技术来三明治两种类型的钙钛矿型成单一的光伏电池的电力。

新的层状钙钛矿太阳能电池这第一个版本已经达到 20%以上，媲美许多商用太阳能电池效率。灵活，制作容易，它可以产生超过一半伏特的电力。（照片由 Onur 查）

钙钛矿型太阳能电池由有机分子和无机元素的混合在一起捕捉光并将其转换成电能，就像今天的更常见的基于硅太阳能电池。钙钛矿型光伏器件，但是，可更容易和便宜比硅和灵活的而不是刚性衬底上。第一次的钙钛矿型太阳能电池可以上市场明年，和一些据说捕获太阳的能量的 20%。

在出现在线今天之前在自然材料 》 杂志上发表一篇论文，加利福尼亚大学，伯克利分校和劳伦斯伯克利国家实验室的科学家报告平均稳态效率的 18.4%，与高达 21.7%和 26%的峰值效率已经达到一个新设计。

“我们现在的钙钛矿型太阳能电池，包括效率，不同参数的记录”说已 Alexzettl 的资深作者、 加州大学伯克利分校物理学教授、 伯克利国家实验室资深教员兼 Kavli 能源纳米科学研究所的成员。”效率就是高于任何其他钙钛矿型细胞 — — 21.7%— — 这是一个惊人的数字，考虑到我们正处于这个问题进行优化的开端”。

Onur 查，第一作者的文章和加州大学伯克利分校物理研究生说:”这有潜力成为最便宜的光伏市场上，插入任何家庭的太阳能系统，”。

效率也是优于 10-20%的多晶硅太阳电池功率最电子设备和房屋使用效率。甚至最纯净硅太阳能电池，具有生产成本非常高，高达约 25%效率超过十年前。

成就是由于结合两种钙钛矿型太阳能电池材料的新方法 — — 每个调谐，吸收不同波长或颜色的阳光 — — 进入一个”梯度带隙”太阳能电池吸收几乎整个光谱的可见光。以前曾试图合并两种钙钛矿型材料已经失败，因为材料降解彼此的电子性能。

“这实现梯度带隙太阳能电池相对易于控制和容易操作的系统中，”Zettl 说。”有一点非常好的这是两个非常有价值的功能 — — 梯度带隙，已知的方法中, 结合了钙钛矿型，一种相对较新，但已知的材料，具有惊人的高效率 — — 以得到最好的两个世界”。

全光谱太阳能电池

像硅和钙钛矿是意味着他们电力才进行电子能吸收足够的能量 — — 从光子的光，例如 — — 把他们踢翻禁的隙或带隙的半导体材料。这些材料被吸收特定能量或波长 — — 带隙能量 — — 而效率低下在其他波长的光。

新的太阳能电池，显示两个钙钛矿层 （米色和红色） 隔开的氮化硼和厚石墨烯气凝胶 （深灰色），这样可以防止水分破坏钙钛矿的单原子层的截面。氮化镓 （蓝色） 和金 （黄色） 电子生成当光线照射太阳能电池的电极通道。

“在这种情况下，我们都刷整个太阳光谱红外整个可见光谱，通过从”查说。”我们的理论效率计算应该是远远更高，更容易伸手比单隙太阳能电池，因为我们可以最大限度地覆盖太阳光谱”。

交配两种材料进入串联太阳能电池的关键是单原子层厚厚的六方氮化硼，看上去就像一层铁丝网从彼此分离钙钛矿层。在这种情况下，钙钛矿型材料由有机分子甲酯和氨，但其中一个包含金属锡和碘，而另一个包含铅和碘掺杂溴。前者调谐优先吸收光的能量的 1 电子伏 (eV) — — 红外，或热能 — — 而后者吸收光子的能量 2 eV 或琥珀色。

氮化硼单层允许两种的钙钛矿型材料，共同努力，使电力从光整个范围的 1 和 2 eV 之间的颜色。

钙钛矿型/硼氮化三明治放轻气凝胶的石墨烯，促进更细粒度的钙钛矿晶体的生长，可作为水分屏障之上，有助于稳定电荷传输虽然太阳能电池，Zettl 说。水分使钙钛矿土崩瓦解。

整件事被上限与金电极底部和顶部的层氮化镓层收集在细胞内生成的电子。活动层的薄膜太阳能电池是大约 400 纳米厚。

“我们的架构是有点像建筑质量汽车巷道，”Zettl 说。”石墨烯气凝胶行为像坚定、 碎岩石底部图层或基础，两个钙钛矿图层就像最重要的是，交存六角硼氮化层像薄片状膜保持从扩散到或太混合砂的沙子和碎石之间的细粒砂石层多细沙砾。层氮化镓层服务成为顶尖的沥青层。

研究人员说，这是可能要添加更多层的钙钛矿隔开六方氮化硼，尽管这可能不是必要的鉴于他们已经已经获得，广谱效率。

“人有这个想法很容易做，卷卷的光伏发电，在你拉掉一卷塑料，喷上太阳能材料，和回卷起”Zettl 说。这种新材料，我们有在政权的辊到大批量生产;它是真的几乎像喷漆。

合著者是 S 马特 · 吉尔伯特，唐卡阅、 莎莉 · 特纳马克和加州大学伯克利分校田治瘫和马库斯 • 沃斯利劳伦斯利弗莫尔国家实验室，生产的石墨烯气凝胶。

工作是由美国能源部、 美国国家科学基金会和海军研究办公室的支持。