电池组件

澳大利亚科学家宣称在钙钛矿稳定性方面取得突破性进展

2020-05-27 08:54:26 pv magazine

一款由澳大利亚科学家开发的、全世界首屈一指的钙钛矿太阳能电池通过了一系列高温和湿度测试,采用低成本的解决方案克服了一些阻碍该技术走向商业化的挑战。科学家们正是利用简单、低成本的聚合物-玻璃毡抑制钙钛矿太阳能电池分解来做到这一点的。

由新南威尔士大学(UNSW)主导且与悉尼大学(University of Sydney)合作组建的一个科学家小组声称,在开发耐久型钙钛矿太阳能电池(常称为“下一代”太阳能光伏技术)的全球竞赛中,他们走在世界最前列。在走向商业化的重要一步中,该小组宣布其钙钛矿已通过严格的国际电工委员会(IEC)高温和湿度测试标准。

这些科学家们一直致力于研究金属卤化物钙钛矿太阳能电池,在短短10年时间里取得了前所未有的进展,将电池的电源转换效率从3.8%提高到25.2%。相比而言,科学家们花了大约40年的时间才使得硅电池的转换率达到26.7%。悉尼大学纳米科学系首任主席约翰·胡克(John Hooke)说道:“它们非常便宜,比硅薄500倍,因此柔性极高且重量超轻。它们还具有巨大的能量使能特性,且太阳能转换率较高。”

但是,无保护的钙钛矿电池不如硅基电池耐久,因此尚不具备商业可行性。为了走出实验室,钙钛矿需要承受因潮湿、高温和光照所产生的长期环境胁迫。Ho-Baillie教授说道:“钙钛矿电池需要达到现行商业标准。这正是我们的研究令人振奋的地方。我们已经证实,我们可以大大提高它们的热稳定性。”

简单的玻璃和聚合物解决方案

这项研究——由14名科学家(大多是澳大利亚科学家)共同撰写且如今发表在《科学》杂志上——详细阐述了研究小组提出的低成本解决方案。研究人员采用气相色谱-质谱法(GC-MS)来识别高性能电池中常用的热应激杂化钙钛矿的特征性挥发性产物及分解途径。采用这一方法,他们发现,采用简单、低成本的聚异丁烯(合成橡胶)基或聚烯烃基聚合物-玻璃组合物封装的有机-无机钙钛矿太阳能电池封装具有优异的耐久性,超出了IEC61215:2016湿热湿冻测试的要求。

研究人员能够证实,低成本的聚合物玻璃层叠结构的气密性封装有效地抑制了钙钛矿‘渗气’(即导致其分解的过程)。采用这种封装方案,含有多阳离子多卤化物钙钛矿的CH3NH3(MA)太阳能电池经受了1800多个小时的湿热测试和75个循环的30次湿冷冻测试,首次超过了IEC61215:2016标准的要求,也远远超出了团队的预期。

Ho-Baillie教授表示:“我们的研究还有一项令人兴奋的结果,那就是我们能够在苛刻的国际电工委员会标准环境测试条件下实现钙钛矿电池的稳定性。这些电池不仅通过了热循环试验,还超出了湿热湿冻测试的要求。”

这些测试可帮助确定太阳能电池组件是否能够经受住室外操作条件的影响,方法是将其暴露在-40度到85度之间的多次温度循环中及85%的相对湿度下。”这些结果尤为重要,因为这项研究中使用的钙钛矿太阳能电池含有已知具有较低热稳定性的MA阳离子。研究论文总结道:“尽管如此,这些电池仍然通过了施加最严苛的湿热应力的湿冷冻测试。”

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