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韩国科学技术院研发用于太阳能电池的高效无铅钙钛矿材料

发布:HPLSElaser    |    2018-06-12 23:04    阅读:564
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韩国科学技术院(KAIST)提出了一种新的铯-金-碘变体钙钛矿材料,以克服钙钛矿结构的稳定性和毒性问题。


全太阳能电池器件结构示意图以及Cs2Au2I6“混合价”钙钛矿。图片来源:韩国科学技术院。

韩国科学技术院的一个研究小组提出了一种新的钙钛矿材料——Cs2Au2I6,它能够作为高效无铅薄膜光伏器件的潜在活性材料。研究人员表示,这种材料将为克服以前已知的钙钛矿局限性,包括解决原有材料的稳定性和毒性问题。

作为下一代高效率光伏电池的候选材料,钙钛矿光伏电池具有22%的最大光转换效率,可与高性能晶体硅光伏电池相媲美。另外,这种材料能够在低温下制造基于钙钛矿的电池,从而大大降低成本。但是,研究人员已经注意到常规的有机-无机杂化钙钛矿材料表现出较低的稳定性,最终降低了它们的性能使其不适合继续使用。而且,这种材料的铅含量过高使其对环境有害。

仅由无机物组成

由韩国科学技术院化学系的Hyungjun Kim教授和电气工程学院的Min Seok Jang教授领导的研究小组分析了一种以前发现的钙钛矿材料Cs2Au2I6,它仅由无机物质组成,并研究了其在薄膜光伏应用中的适用性。


韩国科学技术院的研究团队,从左上开始顺时针依次为:博士后Lamjed Debbichi、硕士Songju Lee、Min Seok Jang教授和Hyungjun Kim教授。图片来源:韩国科学技术院。

理论研究表明,与传统的钙钛矿材料相比,这种新型钙钛矿材料不仅效率高,而且更加稳定和环保。基于这种分析,研究团队开发了多尺度多物理场仿真框架,他们进行了原子尺度的第一性原理量子计算以研究材料的光学性质,并且进行了器件级的电磁模拟以证实材料能够在器件级别上用作光伏物质。

目前,研究小组计划将这项研究扩展到两个方向:将钙钛矿材料应用于实际光伏电池的经验研究以及理论分析,以找出最适合光伏电池的高度稳定的材料。Hyungjun教授评论称:“钙钛矿材料的效率很高,但为了完全取代传统的太阳能电池,它们的稳定性和毒性问题必须首先得到解决。预计这项研究将加速相关研究,以得到更高效且环保的钙钛矿材料。”

来源: http://optics.org/news/9/6/11

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