近年來，太陽能電池技術(shù)持續(xù)進(jìn)步。其中，鈣鈦礦太陽能電池作為第三代光伏技術(shù)的佼佼者，展現(xiàn)出誘人的應(yīng)用潛力，認(rèn)證效率頗高。但與此同時，它也面臨成本難以降低的難題。這是為何？這一矛盾現(xiàn)象值得我們深入探討。
當(dāng)前鈣鈦礦太陽能電池的狀況
鈣鈦礦太陽能電池發(fā)展勢頭迅猛，其中有機(jī)/無機(jī)雜化型電池認(rèn)證效率較高。然而，大多數(shù)電池采用蒸鍍貴金屬制備電極，這導(dǎo)致真空設(shè)備和貴金屬的使用，使得成本難以降低。與之相對，新型電池采用廉價碳材料作為電極，雖然解決了成本問題，但光電轉(zhuǎn)化效率卻較低。這對太陽能電池在市場上大規(guī)模應(yīng)用構(gòu)成了一定的阻礙。在實(shí)際情況中，成本往往是眾多用戶關(guān)注的重點(diǎn)之一。
在研究生產(chǎn)環(huán)節(jié)，科學(xué)家們始終致力于提高生產(chǎn)效率、減少成本。企業(yè)同樣迫切希望盡快解決這些問題，以便能夠大量生產(chǎn)并從中獲利。
光電轉(zhuǎn)換效率低的根源
為何碳電極鈣鈦礦太陽能電池的效率不高？原因之一在于它所采用的多孔膜結(jié)構(gòu)不夠理想。在膜內(nèi)，鈣鈦礦吸光材料的填充并不緊密，這影響了電子的傳輸和交換。舉個例子，在測試過程中，我們發(fā)現(xiàn)有些電子在傳輸過程中神秘地消失了，這正是這種結(jié)構(gòu)問題造成的。
輸出電流穩(wěn)定強(qiáng)勁，金屬電極電池勝過碳電極電池。實(shí)驗(yàn)證明，在相同條件下，金屬電極電池的電流輸出比碳電極電池更穩(wěn)定、更強(qiáng)勁。科學(xué)家通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，對比了兩種電極的導(dǎo)電性能，最終得出結(jié)論：碳電極導(dǎo)電性能不及金屬電極，導(dǎo)致電池內(nèi)阻增大。
二步法填充的探索
針對這些問題，科學(xué)家們開始探索新的解決方案?！岸椒ā钡奶畛浼夹g(shù)應(yīng)運(yùn)而生。與傳統(tǒng)的“一步法”相比，它存在不足之處。在鈣鈦礦材料借助溶劑揮發(fā)結(jié)晶生長的過程中，溶質(zhì)會擴(kuò)散并遷移，導(dǎo)致內(nèi)部的填充不均勻，形成了孔隙。
“二步法”首先填充碘化鉛，接著將其浸泡在溶液中生成鈣鈦礦。雖然碘化鉛的填充并不均勻，但后續(xù)的溶液生長過程能夠有效填充孔隙。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這種方法可以在一定程度上提升填充的密實(shí)度，對增強(qiáng)光電轉(zhuǎn)換效率具有積極作用。
冷等靜壓方法的應(yīng)用
由于電池結(jié)構(gòu)的緊密性要求，冷等靜壓技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。對于碳基鈣鈦礦電池那種松散多孔的結(jié)構(gòu)，該技術(shù)采用225MPa的壓力進(jìn)行加工。處理后，原本松散多孔的碳電極表面水接觸角從60度增至105度，這顯示出結(jié)構(gòu)變得更加緊密。
在室溫條件下，相對濕度為50%時，未封裝電池存儲1500小時后，其光電轉(zhuǎn)換效率仍能維持在90%以上。這表明，該技術(shù)對于增強(qiáng)電池的穩(wěn)定性效果顯著，且有利于其在各種實(shí)際環(huán)境中的長期使用。
大面積電池模組的制備
在前人研究的基礎(chǔ)上，成功制備出了大面積鈣鈦礦太陽能電池模組。這些模組尺寸達(dá)到7cm×16cm，器件效率達(dá)到了4.46%。這一成果對于未來大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用具有極大的鼓舞作用。這是因?yàn)?，在?shí)際應(yīng)用場景中，大面積的電池模組更能滿足產(chǎn)業(yè)需求。
盡管當(dāng)前效率仍有提升空間，然而這已是一大進(jìn)步，為后續(xù)的研發(fā)工作積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)支撐。
鎳電極替代的可行性研究
碳電極的導(dǎo)電性不佳，那么鎳電極是否可行？科學(xué)家們通過氫氣還原氧化鎳的方式制得介孔鎳電極。這種基于鎳電極的電池在填充因子方面有顯著提升，內(nèi)阻也有所下降，但目前的效率還相對較低。
盡管存在一些問題，鎳電極在大型鈣鈦礦電池模組中展現(xiàn)出巨大的潛力。科學(xué)家們將持續(xù)研究，以提升其效率，并加快其向?qū)嵱没较虬l(fā)展的步伐。
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