安全高效的無鉛太陽能電池

英國華威大學近期的一項研究展示了如何利用錫鹵化物製作更加簡單、商用的無鉛太陽能電池，這對太陽能的利用做出了極大的貢獻。該研究相關論文發表在了Nature Energy上（論文信息見文末）。

來源 University of Warwick

編譯 安定

審核 訪冬

以鉛鈣鈦礦這種半導體為基礎製造的太陽能電池能迅速有效的將太陽能轉化為電能。但是，鉛的毒性眾所周知，嚴重阻礙了其商業化生產。

無鉛的鈣鈦礦太陽能電池 PPVs（perovskite photovoltaics）利用鹵化錫作為捕獲光能的半導體，主要結構類似於三明治——介孔隔離層（HBL）-鹵化錫層-電子隔離層（EBL）。但由於暴露在空氣中的二價錫極容易被氧化為四價錫，導致錫 PPVs 的能量轉換效率低於鉛-鈣鈦礦光電池（鉛PPVs）。另一方面， PPV 中錫空隙排列的低能量也導致其難以達到高的設備填充因數。

但是，錫-PPV 與鉛-PPV 相比，具有能帶隙更窄、激子結合能更低和電荷遷移性更高的優勢。

Ross Hatton 博士及其同事開始了對現有錫光能電池的改進。

首先，他們嘗試在 PPV 的三明治結構的中層添加 SnI2以提高能量轉換效率。遺憾的是，儘管效率有所提高，但其穩定性並不理想。隨後，他們繼續向中間層添加其他的錫鹵化物，結果發現SnCl2對提高穩定性的效果最為卓著。同時他們還發現，在添加了 SnCl2之後去除 EBL，裝置穩定性有卓著的提升，並且不會降低能量轉換效率。

CsSnI3中分別添加10 mol% SnI2, SnBr2, SnCl2或 SnF2、以及無鹵化錫時，在500nm下的標準吸光度變化。

無鉛電池讓太陽能更加便宜、安全，並更容易商業化生產。這讓它更廣泛的應用於日常生活中。

博士 Hatton 表示，對發展可再生能源的需求始終迫切。

「希望這一研究可以促進對無鉛太陽能電池的全面研發。面對過渡使用化石燃料帶來的氣候變化問題，當下快速發展的太陽能技術正是解決方法之一。」

而比起現在市場上流行的硅基太陽能平板電池，PPV 更加輕巧方便，兼容性更強。因此，PPV 應當具有更廣泛的應用前景，尤其是在家用電器和運輸設備上。

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