电池组件

钙钛矿薄膜开裂后压压就能愈合?什么神仙材料!

2020-02-21 08:09:43 光伏测试网 作者:蔡静华

一项发表在材料学报上的新的研究发现,尽管钙钛矿薄膜容易开裂,但这些裂缝可以通过压缩或稍微加热而很容易获得愈合。这为光伏电池技术中用钙钛矿电池代替晶硅电池提供了又一良好基础。

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(来源:微信公众号“光伏测试网”ID:TestPV)

钙钛矿是一种常见的晶体材料,2009年,日本科学家Tsutomu Miyasaka率先将钙钛矿材料用于染料敏化太阳能电池作为吸光材料,采用CH3NH3PbI3敏化TiO2阳光极和液态I3-/I-电解质获得了3.8%的光电转化效率。而后,科学家们对钙钛矿材料和结构进行改善,短短10年内,钙钛矿太阳电池的光电转换效率获得飞速提升,已达到29.15%,2020年,钙钛矿电池也即将要走向商业化生产。

钙钛矿型太阳能电池成本仅为硅的一小部分,能有效降低光伏系统发电成本。除此钙钛矿还可以制成半透明的、柔性的薄膜,能为发电窗或帐篷或背包中提供的轻质、柔性的光伏组件。

一直以来钙钛矿非常脆弱,容易开裂是它的一大缺点。

然而研究表明,它也极易被修复,钙钛矿薄膜的裂缝可以通过压缩或中热来愈合。

研究人员在塑料衬底上沉积了钙钛矿薄膜,然后通过弯曲基片向钙钛矿薄膜施加拉力,同时使用扫描电子显微镜(SEM)检测裂纹。一旦薄膜破裂,研究人员就会将基片向相反的方向弯曲,看看压应力是否能修复这些裂缝。

果然,扫描电镜显示裂纹已经消失了,为了确保裂缝完全愈合而不是仅仅隐藏,研究人员使用了一种叫做X射线衍射的技术:通过测量材料原子晶格的大小,这项技术可以揭示以前的裂纹区域现在是否能够承受机械载荷(裂缝愈合的标志),试验也表明裂纹完全愈合。

同时研究发现,热对愈合裂缝同样有效。以材料科学标准衡量,100摄氏度温度的温和加热足以完全治愈钙钛矿薄膜中的裂缝。

该项研究对钙钛矿光伏电池走向商业化有重要意义。

钙钛矿材料近年来逐步解决了很多问题:稳定性方面,钙钛矿光伏电池的光诱导降解参数已经通过了超过1,000小时的生命周期测试(新技术的光伏产业标准),其中有些甚至高达10,000小时;与机械耐久性、外加电压加热以及电流-电压行为有关的其他稳定性问题在测试过程中也同样被解决;钙钛矿组件结构是一种最常见的甲基铵铅卤化物,然而钙钛矿电池铅的用量很小,一块钙钛矿电池组件仅含2g铅,相比之下,平均一块晶硅板含铅量达16g,能客观回应对于钙钛矿稳定性毒性不利于商业化生产的不实消息。

目前有关钙钛矿电池的研究仍在继续,随着各项阻碍的一一突破,相信其迈向商业化生产指日可待。


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