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01新的鈣鈦礦制造技能或許導(dǎo)致大規(guī)模的太陽能電池出產(chǎn)

由于臺(tái)灣和美國(guó)的研討人員現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦制造工藝的簡(jiǎn)單變化，因而高功能太陽能電池的批量出產(chǎn)很快就會(huì)變得容易。

研討人員證明該技能可進(jìn)步鈣鈦礦微型模塊的功率轉(zhuǎn)化功率和運(yùn)用壽命。他們的立異很快就會(huì)為大規(guī)劃出產(chǎn)鈣鈦礦型太陽能電池開辟新的道路，使其成為現(xiàn)有硅基電池的有力競(jìng)爭(zhēng)者。

鈣鈦礦資料被廣泛認(rèn)為是低成本，大面積太陽能電池最有期望的候選資料。由于其超卓的光電功能，最近的試驗(yàn)標(biāo)明在0.5cm2的面積上轉(zhuǎn)化功率高達(dá)22％，到目前為止鈣鈦礦薄膜的難以制造要求阻止了較大規(guī)劃的類似功能。

當(dāng)時(shí)制造進(jìn)程通常觸及將抗溶劑滴到現(xiàn)已旋涂到襯底上的鈣鈦礦前體上。理想情況下此技能能夠創(chuàng)立具有均勻，高質(zhì)量晶體結(jié)構(gòu)的薄膜。

可是有必要嚴(yán)格控制工藝條件，而且有必要在初始堆積后僅9s的時(shí)刻范圍內(nèi)運(yùn)用抗溶劑，不然所得的鈣鈦礦薄膜或許會(huì)粗糙且不均勻，然后下降其作為太陽能電池的功能。跟著膠片變大，施行此進(jìn)程變得越來越困難。

02新式抗溶劑

經(jīng)過供給處理這個(gè)問題，研討團(tuán)隊(duì)引入了一種明顯拓展堆積后時(shí)刻窗口的技能。他們運(yùn)用環(huán)丁砜作為抗溶劑來完結(jié)此操作，這使他們能夠在試驗(yàn)中制造出均勻，高質(zhì)量和大面積的鈣鈦礦薄膜。

為了研討導(dǎo)致這種改進(jìn)的分子機(jī)制，他們運(yùn)用X射線衍射和紅外光譜技能研討了觸及的化學(xué)反應(yīng)。

03咖啡因增強(qiáng)鈣鈦礦太陽能電池

他們發(fā)現(xiàn)環(huán)丁砜分子與鈣鈦礦前體離子之間的氫鍵效果明顯減慢了結(jié)晶進(jìn)程，然后將添加反溶劑的時(shí)刻窗延長(zhǎng)至90s。這使得緊湊高度均勻的晶體結(jié)構(gòu)能夠在不那么嚴(yán)格的加工條件下構(gòu)成。為了證明這一改進(jìn)研討人員制造了鈣鈦礦型太陽能電池微型組件，有效面積為36.6cm2。

他們的設(shè)備完成了十分可觀的功率轉(zhuǎn)化功率，超越16％，而且在50°C的溫度下作業(yè)250小時(shí)后即堅(jiān)持了其初始功能的90％左右（此刻該設(shè)備提取了最大或許的功率）。

如此高的功率和較長(zhǎng)的運(yùn)用壽命，在更加靈敏的制造條件下，為大規(guī)劃鈣鈦礦太陽能電池的出產(chǎn)奠定了根底。研討團(tuán)隊(duì)期望這項(xiàng)技能能很快在商業(yè)上廣泛運(yùn)用，乃至或許成為硅基太陽能電池的可行競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手然后提振可再生太陽能的前景。

研討人員用咖啡因增強(qiáng)了太陽能電池。

加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）的研討人員經(jīng)過向其添加意想不到的成分–咖啡因，成功改進(jìn)了金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池的功能和熱安穩(wěn)性。他們說這項(xiàng)技能或許在擴(kuò)大這些太陽能電池的出產(chǎn)中起重要效果。

無機(jī)雜化鹵化物鈣鈦礦（PVSK）具有ABX3結(jié)構(gòu)，其間A為銫甲基銨（MA），B為鉛或錫，X為氯、溴或碘。由于其獨(dú)特的光電特性，它們是制造太陽能電池的有出路的硅替代品，十分適合許多應(yīng)用。與由硅制成的太陽能電池相比，它們還更便宜，更靈敏，而且更易于制造（例如，以溶液為根底的前體，而不是固態(tài)晶體）。

研討人員設(shè)法將這些資料的功率轉(zhuǎn)化功率從僅3.8％進(jìn)步到23％以上。這使其功能可與比如硅，砷化鎵和銻化鎘之類的成熟技能相媲美。雖然取得了令人形象深刻的進(jìn)步，可是無機(jī)雜化鹵化物鈣鈦礦的長(zhǎng)期安穩(wěn)性仍然很差，并阻止了太陽能電池的商業(yè)化。

04鈣鈦礦薄膜迅速蛻變

在這方面根據(jù)銫甲基銨的無機(jī)雜化鹵化物鈣鈦礦是最佳候選資料，由于這些資料的四方黑相在低溫下安穩(wěn)。而在較高溫度下?lián)]發(fā)性銫甲基銨有機(jī)陽離子，這意味著鈣鈦礦膜迅速劣化并沉淀出三角形碘化鉛。

更糟的是無機(jī)鈣鈦礦在眾多和諧離子效果下（如在大多數(shù)離子晶體的情況下）意思是-離子容易搬遷雖然有多晶顆粒，乃至析出鈣鈦礦層得到在太陽能電池與所述金屬電極干與設(shè)備暴露的熱量中。這個(gè)進(jìn)程會(huì)發(fā)生缺點(diǎn)，缺點(diǎn)充當(dāng)晶界處的非輻射復(fù)合位點(diǎn)然后下降了太陽能電池的功能。

最終無規(guī)取向的鈣鈦礦微晶或許會(huì)導(dǎo)致垂直方向上的電荷傳輸不佳。隨機(jī)取向是由于合成時(shí)鈣鈦礦薄膜快速且不可控制地生長(zhǎng)的成果。

05咖啡因增強(qiáng)

加州大學(xué)洛杉磯分校資料科學(xué)與工程系的楊揚(yáng)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研討小組現(xiàn)已標(biāo)明，1,3,7-三甲基黃嘌呤是一種含有兩個(gè)共軛羧基的化學(xué)商品，其俗稱咖啡因廣為人知，它能夠改進(jìn)功能和熱功能。

直接添加到鈣鈦礦薄膜中時(shí)根據(jù)鈣鈦礦的太陽能電池具有較高的安穩(wěn)性，該資料技能也適用于鈣鈦礦納米技能。經(jīng)過這種類型的鈣鈦礦有包括黑相納米晶薄膜，在室溫下的熱力學(xué)有利于熱量的交融。

研討團(tuán)隊(duì)成員薛晶晶回憶說向這些資料中添加咖啡因的想法開始是開個(gè)玩笑，由于早上得起來喝咖啡補(bǔ)充能量。

06改進(jìn)的電子功能和“分子鎖”

由于咖啡因中只要羰基電子對(duì)，因而咖啡因與鈣鈦礦前體發(fā)生了激烈的相互效果-我們經(jīng)過傅立葉變換紅外光譜法證明了這一效果。

這種強(qiáng)相互效果增強(qiáng)了鈣鈦礦結(jié)晶的活化能，并阻止了鈣鈦礦的結(jié)晶，導(dǎo)致鈣鈦礦薄膜具有較好的取向和改進(jìn)的電子功能然后更有效地將光轉(zhuǎn)化為電。”

那還不是悉數(shù)由于咖啡因是非揮發(fā)性的，因而它保留在鈣鈦礦薄膜內(nèi)并在其間構(gòu)成“分子鎖”，然后使該分子與Pb2+離子發(fā)生激烈相互效果。這種相互效果阻止了鈣鈦礦在高溫下的降解。增強(qiáng)的結(jié)晶度還抑制了離子搬遷，這也有助于大大增強(qiáng)的熱安穩(wěn)性。

07功率轉(zhuǎn)化功率高達(dá)20.25％

含咖啡因的鈣鈦礦薄膜的超卓結(jié)晶度下降了缺點(diǎn)密度，并改進(jìn)了垂直電荷傳輸，使冠軍功率高達(dá)20.25％（相比之下，不含咖啡因的薄膜為17％）。含咖啡因的設(shè)備在85°C的溫度下也能堅(jiān)持1300小時(shí)以上的熱安穩(wěn)性（一般來說不含咖啡因的薄膜溫度堅(jiān)持僅150小時(shí)）。

08鈣鈦礦設(shè)備創(chuàng)下新紀(jì)錄

太陽能電池顯然是在陽光下作業(yè)因而有必要使其具有耐熱性。研討成果標(biāo)明咖啡因可在85°C連續(xù)加熱1300小時(shí)后，協(xié)助鈣鈦礦細(xì)胞堅(jiān)持其原始功率的85％以上。研討人員稱他們信任計(jì)劃施行的策略將來有助于推進(jìn)這些資料的商業(yè)化。”

團(tuán)隊(duì)小組最近也在尋找最適合這些資料的鈍化劑用來進(jìn)一步進(jìn)步其安穩(wěn)性和功率。最終將專心于從這些薄膜制造高質(zhì)量的大面積樣品，以用于家庭太陽能電池的遍及。 

原標(biāo)題：科學(xué)家發(fā)現(xiàn)“新鈣鈦礦制造技術(shù)”可能會(huì)讓家庭太陽能電池普及生產(chǎn)