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 澳大利亞科學(xué)家首次生產(chǎn)了新一代的實(shí)驗(yàn)太陽(yáng)能電池，它們通過(guò)了嚴(yán)格的國(guó)際電工委員會(huì)關(guān)于熱和濕的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。

該研究發(fā)現(xiàn)是鈣鈦礦太陽(yáng)能電池商業(yè)化發(fā)展的重要一步，現(xiàn)已發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。

太陽(yáng)能能源系統(tǒng)現(xiàn)在正處于工業(yè)和國(guó)內(nèi)房屋普遍。當(dāng)前大多數(shù)系統(tǒng)依靠硅將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為有用的能量。

但是，太陽(yáng)能電池板中硅的能量轉(zhuǎn)換率已接近其自然極限。因此，科學(xué)家一直在探索可以堆疊在硅上的新材料，以提高能量轉(zhuǎn)換率。迄今為止，最有前途的材料之一是金屬鹵化物鈣鈦礦，其本身甚至可能勝過(guò)硅。

悉尼大學(xué)納米科學(xué)系首任主席約翰·胡克（John Hooke）表示：“鈣鈦礦是太陽(yáng)能系統(tǒng)的一個(gè)非常有希望的前景。” “它們非常便宜，比硅更薄500倍，因此具有柔韌性和超輕量。它們還具有巨大的能量使能特性和較高的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化率。”

以實(shí)驗(yàn)形式，過(guò)去十年來(lái)鈣鈦礦電池的性能從低水平提高到能夠?qū)⑻?yáng)的25.2％的能量轉(zhuǎn)化為電能，這與硅電池的轉(zhuǎn)化率相當(dāng)，后者需要40年才能實(shí)現(xiàn)。

然而，未保護(hù)的鈣鈦礦電池不具有硅基電池的耐久性，因此它們?cè)谏虡I(yè)上尚不可行。

Ho-Baillie教授說(shuō)：“鈣鈦礦電池將需要按照當(dāng)前的商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)堆疊。這是我們研究的令人興奮的事實(shí)。我們已經(jīng)證明，我們可以極大地提高其熱穩(wěn)定性。”

科學(xué)家通過(guò)使用簡(jiǎn)單的低成本聚合物玻璃毯抑制鈣鈦礦細(xì)胞的分解來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

這項(xiàng)工作是由Ho-Baillie教授領(lǐng)導(dǎo)的，他后來(lái)加入了悉尼大學(xué)納米研究所。主要作者雷石博士在新南威爾士大學(xué)光伏與可再生能源工程學(xué)院的Ho-Baillie研究小組中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)工作，Ho-Baillie教授仍是該學(xué)院的兼職教授。

在持續(xù)暴露于太陽(yáng)和其他元素的作用下，太陽(yáng)能電池板會(huì)經(jīng)歷極端的熱和濕度。實(shí)驗(yàn)表明，在這種壓力下，未保護(hù)的鈣鈦礦細(xì)胞變得不穩(wěn)定，從其結(jié)構(gòu)內(nèi)部釋放出氣體。

Ho-Baillie教授說(shuō)：“了解這一過(guò)程，稱(chēng)為“除氣”，是我們開(kāi)發(fā)這項(xiàng)技術(shù)并提高其耐用性的工作的核心部分。

“我一直對(duì)探索如何將鈣鈦礦太陽(yáng)能電池結(jié)合到隔熱玻璃（例如真空玻璃）中感興趣。因此，我們需要了解這些材料的除氣性能。”

該研究小組首次使用氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）來(lái)識(shí)別高性能電池中常用的熱應(yīng)力雜化鈣鈦礦的特征性揮發(fā)性產(chǎn)物和分解途徑。他們發(fā)現(xiàn)使用這種方法的低成本聚合物玻璃疊層具有不透壓力的密封，可有效抑制鈣鈦礦“除氣”，該過(guò)程導(dǎo)致其分解。

當(dāng)按照嚴(yán)格的國(guó)際測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，團(tuán)隊(duì)工作的單元性能超出了預(yù)期。

“我們研究的另一個(gè)令人振奮的成果是，我們能夠在苛刻的國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境測(cè)試條件下穩(wěn)定鈣鈦礦電池。這些電池不僅通過(guò)了熱循環(huán)測(cè)試，而且還超過(guò)了濕熱和濕氣的苛刻要求，還要進(jìn)行凍結(jié)測(cè)試。” Ho-Baillie教授說(shuō)。

這些測(cè)試通過(guò)將太陽(yáng)能電池模塊暴露于-40度至85度的反復(fù)溫度循環(huán)以及暴露于85％的相對(duì)濕度下，幫助確定太陽(yáng)能電池模塊是否能承受室外運(yùn)行條件的影響。

具體而言，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在IEC“濕熱”測(cè)試中經(jīng)過(guò)了1800多個(gè)小時(shí)的生存，在“濕度凍結(jié)”測(cè)試中經(jīng)過(guò)了75個(gè)循環(huán)，首次超過(guò)了IEC61215：2016標(biāo)準(zhǔn)的要求。

Ho-Baillie教授說(shuō)：“我們希望這項(xiàng)工作將有助于穩(wěn)定鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池的發(fā)展，提高其商業(yè)化前景。”

原標(biāo)題：澳大利亞研發(fā)新型鈣鈦礦太陽(yáng)能電池