韓國(guó)研發(fā)出高效低成本太陽(yáng)能電池 使用無(wú)鉛材料

作為低成本、高效率的太陽(yáng)能電池材料，以鉛為基體的鈣鈦礦已經(jīng)受到廣泛關(guān)注。然而，鉛(Pb)的內(nèi)在不穩(wěn)定性和毒性引起了人們對(duì)鉛基鈣鈦礦作為太陽(yáng)能電池材料可行性的嚴(yán)重關(guān)注，阻礙了太陽(yáng)能電池和基于這些材料的類似設(shè)備的大規(guī)模商業(yè)化。

盡管無(wú)鉛鈣鈦礦作為一種替代方案可用來(lái)彌補(bǔ)鉛基鈣鈦礦的毒性，但由于效率較低，用途不大。

最近一項(xiàng)由韓國(guó)蔚山科技大學(xué)(UNIST)自然科學(xué)學(xué)院教授Tae-Hyuk Kwon領(lǐng)導(dǎo)的研究，在開(kāi)發(fā)新一代太陽(yáng)能電池方面邁出了重要的一步，這項(xiàng)研究采用的是無(wú)鉛鈣鈦礦。這種新型鈣鈦礦材料具有很好的電學(xué)性能，可以作為染料敏化太陽(yáng)能電池的電荷再生器，從而提高電池的整體效率和穩(wěn)定性。

該研究結(jié)果發(fā)表2018年11月期刊《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)，這一發(fā)現(xiàn)將為無(wú)鉛鈣鈦礦在太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用開(kāi)辟新的可能性。

在鉛的各種替代方案中，該研究小組使用了空白順序的雙鈣鈦礦(Cs2SnI6)。盡管前景看好，但Cs2SnI6的表面態(tài)及其功能仍不清晰。因此，有必要對(duì)Cs2SnI6的這些特性進(jìn)行全面的研究，為今后基于Cs2SnI6的器件的設(shè)計(jì)提供參考。

為闡明Cs2SnI6表面態(tài)的功能，該小組對(duì)其電荷轉(zhuǎn)移機(jī)制進(jìn)行了研究，并為此開(kāi)發(fā)了一套三電極系統(tǒng)，對(duì)Cs2SnI6表面態(tài)下的電荷轉(zhuǎn)移進(jìn)行觀察。此外，循環(huán)伏安法和莫特-肖特基(Mott-Schottky)分析也被用于探測(cè)Cs2SnI6的表面態(tài)，發(fā)現(xiàn)電勢(shì)與其帶隙有關(guān)。

分析表明，Cs2SnI6的表面態(tài)具有很高的氧化還原活性，在碘氧化還原介質(zhì)的存在下可以有效地充電/放電。此外，基于Cs2SnI6的電荷再生系統(tǒng)的制備證實(shí)了電荷轉(zhuǎn)移是通過(guò)Cs2SnI6的表面態(tài)發(fā)生的。

韓國(guó)蔚山科技大學(xué)研究人員HyeonOh Shin指出，研究發(fā)現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移通過(guò)Cs2SnI6的表面態(tài)發(fā)生的，這將有助于使用無(wú)鉛鈣鈦礦材料設(shè)計(jì)未來(lái)的電子和能源設(shè)備。

基于這一策略，該研究小組利用一種用于有機(jī)染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSCs)的以Cs2SnI6為基礎(chǔ)的電荷再生器，設(shè)計(jì)了混合太陽(yáng)能電池。這種太陽(yáng)能電池在氧化有機(jī)染料恢復(fù)原狀的過(guò)程中產(chǎn)生電流。

該研究的另一位主要?jiǎng)?chuàng)始人Byung-Man Kim還指出，由于有機(jī)染料中的大量電荷與Cs2SnI6的表面狀態(tài)有很高的連接性，因此產(chǎn)生了更多的電流。所以，Cs2SnI6在熱力學(xué)上具有良好的電荷接受水平，與傳統(tǒng)的液體電解質(zhì)相比，其光電流密度提高了79%。

本研究通過(guò)對(duì)Cs2SnI6 電荷轉(zhuǎn)移機(jī)制的研究，闡明其表面態(tài)的功能，在研究屆引起廣泛關(guān)注。這項(xiàng)研究結(jié)果表明，在存在氧化還原介質(zhì)的情況下，Cs2SnI6的表面態(tài)是主要的電荷轉(zhuǎn)移途徑，在未來(lái)基于Cs2SnI6的設(shè)備設(shè)計(jì)中應(yīng)加以考慮該途徑。