鈣鈦礦是太陽(yáng)能領(lǐng)域相當(dāng)熱門的一種晶體材料。鈣鈦礦的太陽(yáng)能電池制作成本相對(duì)較小，它們的光電轉(zhuǎn)換效率近年來也是迅速增加。 研究人員報(bào)道過效率高于20%的鈣鈦礦電池，可與傳統(tǒng)的硅電池媲美。然而，目前為止，那些高效率是在只有0.1平方厘米大小的電池上實(shí)現(xiàn)的，這種尺寸只適用于實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，但不適用于太陽(yáng)能電池板。
“用于效率測(cè)試的微小電池使得鈣鈦礦與其他現(xiàn)有的光伏太陽(yáng)能電池技術(shù)比起來顯現(xiàn)出一些問題，”布朗大學(xué)工程教授，分子和納米級(jí)創(chuàng)新研究所主任和該項(xiàng)研究的作者之一Nitin Padture 說，“但是我們證明了，通過改進(jìn)后的工藝，可以在大于1cm2的面積上實(shí)現(xiàn)15%的能量轉(zhuǎn)換效率，這是真正的進(jìn)步。”
在較大的鈣鈦礦電池上保持較高的效率已被證明是一個(gè)挑戰(zhàn)，Padture說。“鈣鈦礦的問題是當(dāng)你試圖使用傳統(tǒng)方法制作較大薄膜時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)薄膜中的缺陷降低了效率。
布朗和NREL的研究者報(bào)告的制造過程建立在之前由Padture實(shí)驗(yàn)室一個(gè)研究生周元元（音譯）開發(fā)的方法之上。該方法包括溶劑溶解鈣鈦礦前驅(qū)體，并涂覆于基底上，然后溶解在第二溶劑(稱為抗溶劑，能選擇性地捕獲前驅(qū)體溶劑并將其溶解掉)。剩下的是一個(gè)超光滑的鈣鈦礦晶體薄膜。
在這個(gè)新的研究中，周元元和NREL的博士后研究員楊孟津（音譯）開發(fā)了一種將鈣鈦礦晶體生長(zhǎng)到更大的尺寸的方法。該方法添加過量的有機(jī)前驅(qū)體，這些前驅(qū)體可以將小的鈣鈦礦晶體“粘結(jié)”起來，并幫助它們?cè)陔S后的熱處理中融入大的晶體之中，多余的前驅(qū)體也將在熱處理中被除去。
“完整的覆蓋率和均勻性來自溶劑法，”Padture說。“一旦我們能完全覆蓋，然后我們就可以增加晶體的尺寸。這可以給我們更少的缺陷和更高的效率。“15%的工作效率是一個(gè)良好的開端，Padture說，但仍有改進(jìn)的余地。最終，他想在大面積電池上達(dá)到20-25%的效率，他認(rèn)為可以使用這個(gè)或類似的方法實(shí)現(xiàn)這一目的。
Padture和布拉斯加-林肯大學(xué)的同事們最近被美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)給予價(jià)值400萬美元的資助來繼續(xù)鈣鈦礦的研究。
該研究成果已經(jīng)發(fā)表在 Advanced Materials 上。
