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編者按：西北大學(xué)的研究人員率先開發(fā)出一種效率高的新型太陽能電池，它使用錫代替鉛鈣鈦礦作為光的收集器。低成本，環(huán)保的太陽能電池可以使用“臺(tái)式”化學(xué)方法輕松制造 - 沒有花哨的設(shè)備或危險(xiǎn)材料。

“這是一種突破性的突破，從一種非常有前途的太陽能電池中取代，稱為鈣鈦礦，”Mercouri G. Kanatzidis說，他是一位具有錫處理專業(yè)知識(shí)的無機(jī)化學(xué)家。“錫是一種非?？尚械牟牧希覀円呀?jīng)證明這種材料可以作為一種有效的太陽能電池。”

領(lǐng)導(dǎo)該研究的Kanatzidis是溫伯格藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院的Charles E.和Emma H. Morrison化學(xué)教授。

新的太陽能電池使用一種稱為鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)，但用錫代替鉛作為光吸收材料。鈣鈦礦鉛的效率達(dá)到15%，鈣鈦礦應(yīng)該能夠匹配 - 甚至可能超過 - 。鈣鈦礦太陽能電池被吹捧為“光伏發(fā)電的下一個(gè)重大事件”，并重新激活了該領(lǐng)域。

Kanatzidis開發(fā)，合成和分析了這種材料。然后，他轉(zhuǎn)向西北合作者和納米科學(xué)家Robert PH Chang，幫助他設(shè)計(jì)一個(gè)效果很好的太陽能電池。

“我們的錫基鈣鈦礦層充當(dāng)高效的陽光吸收劑，夾在兩個(gè)電荷傳輸層之間，用于向外界傳導(dǎo)電力，”McCormick工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院材料科學(xué)與工程教授Chang說。 

無鉛太陽能電池的細(xì)節(jié)將于5月4日由Nature Photonics出版。Kanatzidis和Chang是該論文的兩位高級(jí)作者。

Kanatzidis說，他們的固態(tài)錫太陽能電池的效率略低于6%，這是一個(gè)非常好的起點(diǎn)。兩件事使材料變得特別：它可以吸收大部分可見光譜，鈣鈦礦鹽可以溶解，并且在不加熱的情況下在溶劑去除時(shí)會(huì)重新形成。

“其他科學(xué)家將看到我們已經(jīng)做了什么，并改進(jìn)了我們的方法，”Kanatzidis說。“沒有理由這種新材料的效率不能超過15%，這是鈣鈦礦太陽能電池的首選產(chǎn)品。錫和鉛在元素周期表中屬于同一組，所以我們期望得到類似的結(jié)果。”

自2008年以來，鈣鈦礦太陽能電池一直存在 - 僅在實(shí)驗(yàn)室中。2012年，Kanatzidis和Chang報(bào)告了新的錫鈣鈦礦太陽能電池，其承諾具有更高的效率和更低的制造成本，同時(shí)對(duì)環(huán)境安全。

“太陽能是免費(fèi)的，是唯一可持續(xù)發(fā)展的能源，”Kanatzidis說。“如果我們知道如何以有效的方式收獲這種能源，我們就可以提高生活水平，幫助保護(hù)環(huán)境。”

固態(tài)錫太陽能電池是五層夾層結(jié)構(gòu)，每層都有重要意義。作為無機(jī)化學(xué)家，Kanatzidis和他的博士后研究員Feng Hao和Constantinos Stoumpos知道如何處理麻煩的錫，特別是碘化甲基銨，它在與空氣接觸時(shí)會(huì)氧化。

第一層是導(dǎo)電玻璃，其允許太陽光進(jìn)入電池。二氧化鈦是下一層，沉積在玻璃上。兩者一起充當(dāng)太陽能電池的電前接觸。

接下來，沉積錫鈣鈦礦 - 光吸收層。這是在氮?dú)馐痔紫渲型瓿傻?- 在這種受保護(hù)的環(huán)境中進(jìn)行工作臺(tái)化學(xué)反應(yīng)以避免氧化。

最重要的是空穴傳輸層，這對(duì)于閉合電路和獲得功能性電池是必不可少的。這要求Kanatzidis及其同事找到合適的化學(xué)品，以免破壞下面的錫。他們通過了解鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的反應(yīng)性來確定最好的化學(xué)物質(zhì) - 取代的吡啶分子。該層也沉積在手套箱中。然后將太陽能電池密封并可以將其取出到空氣中。

一層薄薄的金色蓋住太陽能電池夾層。該層是太陽能電池的背接觸電極。整個(gè)裝置具有全部五層，厚度約為1-2微米。

然后研究人員在模擬的全日照下測(cè)試了該裝置，并記錄了5.73%的功率轉(zhuǎn)換效率。

原標(biāo)題：環(huán)保太陽能電池推動(dòng)光伏發(fā)電的下一個(gè)重大事件