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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)

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

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爭者。

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的時刻范圍內(nèi)運(yùn)用抗溶劑，不然所得的鈣鈦礦薄膜或許會粗糙且不均勻，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)過供給處理這個問題，研討團(tuán)隊(duì)引入了一種明顯拓展堆積后時刻窗口的技能。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刻窗延長至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爭對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。這個進(jìn)程會發(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)取向是由于合成時鈣鈦礦薄膜快速且不可控制地生長的成果。

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，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）。

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)”可能會讓家庭太陽能電池普及生產(chǎn)