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钙钛矿结构的太阳能电池,因为其工艺简略、潜在功率极高、资料本钱极低,而被认为是替代硅基太阳能的第三代光伏发电技能。简略了解一下钙钛矿的结构和发电原理,能够更快地了解当下关于钙钛矿太阳能电池研讨和出资的热门。
和晶硅电池类似,钙钛矿太阳能电池也是有不同的“层”堆叠在一起,每层有其特别的功用和效果。
上图中的电池原型包含一个 n 型细密层、一个中孔氧化物层、一个光捕获钙钛矿层、一个空穴传输层和两个电极。PSC 的通用结构和不同的层按指示逐渐堆积。
第 1 步:氟掺杂氧化锡 (FTO)/铟掺杂氧化锡 (ITO) 涂层玻璃用作钙钛矿器材光阳极的基板,柔性基底一般为 ITO/PEN。
第 2 步:在其上方,有一层细密的半导体资料,主要是 TiO2,用作空穴阻挡层或细密层,一般经过旋涂或喷涂堆积在 FTO 基板的顶部。它能够避免上面的电子挑选层提取的空穴与 FTO/ITO 玻璃触摸并按捺复合丢失。
第 3 步:接下来是 ETL,它促进电子从光激起的钙钛矿层分散到 FTO/ITO 玻璃中,然后分散到外部电路。
第 4 步:钙钛矿层可作为敏化剂或吸收剂或电子或空穴传输器,虽然其主要功用是敏化剂,但旋涂在电子传输层上。
第 5 步:与钙钛矿层相邻的是空穴传输层,它答应激起的钙钛矿中的空穴向金属阴极移动以进行提取。石墨烯结构让空穴传输功率更高。
第 6 步:最终,有一个金属触摸层,一般经过热蒸腾堆积在太阳能电池的顶部,用作对电极,也称为背触摸。
而关于实践使用的钙钛矿组件,还需求将上述钙钛矿太阳能电池做进一步的封装。和晶硅组件类似,需求用到封装胶膜和盖板玻璃。
钙钛矿层吸收阳光,光子中的能量用于激起电子。这种吸收表现为电子从钙钛矿敏化剂的价带边际(或最高占有分子轨迹,HOMO)激起到其导带边际(或最低未占分子轨迹,LUMO),使钙钛矿处于氧化状况,即被从相邻空穴传输层的 HOMO 移动的电子中和。
激起到钙钛矿 LUMO 的电子随后被注入 ETL 的 LUMO,并经过分散传输到前触摸。能级在热力学上以这样的方法对齐,即当来自钙钛矿价带边际的电子被激起到导带边际时,它在钙钛矿中留下一个空穴,然后来自 HTL 的 HOMO 的另一个电子能够填充到位。
因而,经过电子和空穴的跳动运动发生电流。HTL 答应从钙钛矿层提取的空穴经过,并将它们提取到外部电路中。HTL 还用作电子阻挡层并避免任何电子经过。
虽然钙钛矿资料在进步功率方面显示出令人鼓舞的成果,但它们的确存在一些阻止其商业化的缺陷。因为它们由有机阳离子构成,因而易受水分、温度、紫外线辐射和氧气的影响,因而会在短时间内下降太阳能电池的功能,有报导称最大稳定性值刚刚超越1000小时。
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2024-February-04
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