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石墨烯、钙钛矿和硅——高效太阳能电池的理想串联体

来源:环球科学

这张图显示了用于薄膜制作的石墨烯层。 (图片来源:曼彻斯特大学)

罗马托尔维加塔大学、意大利理工学院(IIT)的研究人员及其附属机构石墨烯旗舰成员BeDimensional与ENEA合作,成功地将石墨烯与串联的钙钛矿-硅太阳能电池相结合,其效率高达26.3%。

此外,他们还设想了一种新的制造方法,由于石墨烯多功能的特性,这种方法可以降低生产成本,并可用于生产大面积的太阳能电池板。基于石墨烯的串联太阳能电池效率几乎是纯硅的两倍。

物理定律将硅太阳能电池的最高效率限制在32%。出于这个原因,科学家们已然耗费数十年的时间试图找到其他替代品,如III-V型半导体(具体是什么物质呢,不常见的专有名词最好都需要注解)和钙钛矿。然而,后者的制造存在几个挑战,其中扩大太阳能电池板的生产是迈向成功的关键一步。利用“串联电池”,科学家们先前已经将硅和钙钛矿的优势结合起来——然而,稳定性、效率和大规模生产似乎仍然是一个遥不可及的梦想。

但后来石墨烯出现了——它可能会改变整个过程。石墨烯旗舰项目的研究人员发现了石墨烯捕获能量的潜力,事实上,他们已经致力于两个不同的面向工业的“先锋项目”,以挖掘石墨烯太阳能电池的可能性。

这篇发表在《焦耳》杂志(Joule)上的新论文,标题为《机械堆叠的双端石墨烯基钙钛矿/硅串联太阳能电池具有25.9%的稳定效率》(“Mechanically stacked, two-terminal graphene-based perovskite/silicon tandem solar cell with 25.9% stabilized efficiency”),再次证明了石墨烯和相关的层状材料将使更高效、更经济的大面积太阳能电池板实现商业化。

罗马托尔维加塔大学石墨烯旗舰合作伙伴大学的主要作者和研究员Aldo di Carlo解释道:“我们制造石墨烯太阳能电池的新方法提供了双重优势。首先,它可以用于增强现所有不同类型的钙钛矿太阳能电池,包括那些在高温下加工的电池。但更重要的是,我们可以利用广泛使用的“溶液制造方法”来整合我们的石墨烯,这是进一步工业化应用我们的技术并提供大表面、石墨烯太阳能电池板的关键”。

论文的合作者、石墨烯旗舰产品BeDimensional的联合创始人Francesco Bonaccorso表示:“在石墨烯旗舰产品的背景下提出的这种创新方法,是朝着开发串联太阳能电池迈出的第一步,这种电池的效率高于单节硅器件的极限。分层的材料将是实现这一目标的关键。”

石墨烯旗舰能源生产一揽子工作负责人Emmanuel Kymakis说:“在充分利用钙钛矿-硅串联pv概念之前,必须解决一些兼容性问题。这项开创性的工作表明,GRMs油墨带有随机应变的形态和可协调的光电性能在串联结构中的集成,有利于高通量的工业制造。石墨烯和相关材料提高了这些器件的性能,包括稳定性和可扩展性。堆叠硅-钙钛矿配置将作为新的石墨烯旗舰先锋项目GRAPES的基础,该项目将进行石墨烯基钙钛矿-硅串联太阳能电池的中试生产,为打破30%的效率屏障铺平了道路,并显着降低了平均能源成本。”

石墨烯旗舰项目的科学技术官员及管理委员会主席Andrea C. Ferrari补充道:“自石墨烯旗舰项目启动以来,石墨烯及相关材料在太阳能发电方面的应用被视为一项战略重点。第一个以石墨烯为基础的太阳能发电厂将于今年建成。这些新结果将为我们在接下来的三年中努力生产定义最先进技术的面板奠定了基础。 这也说明了石墨烯旗舰的工作与联合国的‘可持续发展目标’紧密相关。”

翻译:曾欣欣

审校:董子晨曦

引进来源:石墨烯旗舰项目

引进链接:https://phys.org/news/2020-03-graphene-perovskites-siliconan-ideal-tandem.html

 

本文来自:环球科学
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