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研究人员发现钙钛矿型太阳能电池存在迟滞效应的主要原因

来源:材料科技在线|

发表时间:2018-07-27

点击:35973

太阳能电池对光线消失产生的反应在很大程度上取决于本身所使用的材料。在传统的硅太阳能电池中,这种反应是十分简单明了的:电池产生的电流立即变为零。


钙钛矿型太阳能电池的反应与此不同,电池会在短时间内继续供电。同样,当光从无到有时,这类电池需要一段时间才能达到全功率输出,这种现象被称为迟滞效应。该效应对电池的性能是不利的。


位于德国美因茨的马克斯·普朗克聚合物研究所的研究人员现在能够非常精确地测量钙钛矿型太阳能电池中发生的迟滞效应。(能源环境科学,“界面电荷的形成如何引起钙钛矿太阳能电池的迟滞”)


钙钛矿型太阳能电池中层结构的艺术表示图。在表面上方有一个探针,可以测量电池中的电压。图片来源:马克斯·普朗克研究所


钙钛矿型太阳能电池目前正在为太阳能电池社区提供电力。这种新的、廉价的、易于加工的材料在将光转化为电能方面具有近乎理想的物理特性:它自身的颜色就是黑的,一层不到千分之一毫米的薄层就足以吸收所有入射的阳光。


同时,它是一种非常好的导体,能够快速有效地将产生的电荷传送到外部触点和连接的设备上。钙钛矿型太阳能电池的光电转化效率可以达到22.7%,其性能已经优于最优的多晶硅太阳电池(22.3%)。


然而,为了进一步提高光电转换效率和加速钙钛矿型太阳能电池的商业化,研究人员必须了解太阳能电池在运行过程中发生的所有反应。


马克斯·普朗克聚合物研究所的史蒂芬·韦伯博士、小组组长Rüdiger Berger博士同瑞士洛桑联邦理工学院的研究人员合作,揭示了钙钛矿型太阳能电池在光线消失后的反应过程


为了观察太阳能电池内部的变化,研究人员故意从中间打碎太阳能电池,并在电池的横截面上抛光一个只有百万分之一米宽的很小的区域。然后,他们在原子力显微镜中将一个薄薄的金属探针放置在抛光的横截面上。这个金属探针的尖端只有大约10纳米宽,相当于是人类头发宽度的万分之一。


研究人员利用一种名为开尔文探针显微镜的方法,能够测量出尖端下方被抛光的横截面上的电压。这项技术使他们能够测量太阳能电池中各个层的电压分布,并且具有较高的空间分辨率和很高的时间分辨率。


研究人员对太阳能电池上的电压分布特别感兴趣,因为它影响光线入射时产生的电荷的相互分离。由于静电作用,正电荷迁移到低电压端,负电荷迁移到高电压端。美因茨的科学家们观察被光线照射的太阳电池横截面,发现在钙钛矿层的边缘出现了电荷的积累。这些积累电荷在光线消失后的短时间内是稳定的。


韦伯介绍说:“钙钛矿界面上的这些积累电荷在迟滞效应中起主要作用,因为它们在光线消失后依然能够维持电池中的电场大约半秒钟。这意味着改变这些界面可以影响或完全抑制迟滞现象。”这是钙钛矿型太阳能电池发展的重要进步。


文章来自NanoWerk,原文题目为What happens in a solar cell when the lights go out?,由材料科技在线汇总整理。

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