安全高效的无铅太阳能电池 | Nature Energy 论文推荐

英国华威大学近期的一项研究展示了如何利用锡卤化物制作更加简单、商用的无铅太阳能电池，这对太阳能的利用做出了极大的贡献。该研究相关论文发表在了 Nature Energy 上（论文信息见文末）。

来源 University of Warwick

编译 安定

审核 访冬

以铅钙钛矿这种半导体为基础制造的太阳能电池能迅速有效的将太阳能转化为电能。但是，铅的毒性众所周知，严重阻碍了其商业化生产。

无铅的钙钛矿太阳能电池 PPVs（perovskite photovoltaics）利用卤化锡作为捕获光能的半导体，主要结构类似于三明治——介孔隔离层（HBL）-卤化锡层-电子隔离层（EBL）。但由于暴露在空气中的二价锡极容易被氧化为四价锡，导致锡 PPVs 的能量转换效率低于铅-钙钛矿光电池（铅PPVs）。另一方面， PPV 中锡空隙排列的低能量也导致其难以达到高的设备填充因数。

但是，锡-PPV 与铅-PPV 相比，具有能带隙更窄、激子结合能更低和电荷迁移性更高的优势。

Ross Hatton 博士及其同事开始了对现有锡光能电池的改进。

首先，他们尝试在 PPV 的三明治结构的中层添加 SnI2 以提高能量转换效率。遗憾的是，尽管效率有所提高，但其稳定性并不理想。随后，他们继续向中间层添加其他的锡卤化物，结果发现SnCl2 对提高稳定性的效果最为卓著。同时他们还发现，在添加了 SnCl2 之后去除 EBL，装置稳定性有卓著的提升，并且不会降低能量转换效率。

CsSnI3 中分别添加10 mol% SnI2, SnBr2, SnCl2 或 SnF2、以及无卤化锡时，在500nm下的标准吸光度变化。

无铅电池让太阳能更加便宜、安全，并更容易商业化生产。这让它更广泛的应用于日常生活中。

博士 Hatton 表示，对发展可再生能源的需求始终迫切。

“希望这一研究可以促进对无铅太阳能电池的全面研发。面对过渡使用化石燃料带来的气候变化问题，当下快速发展的太阳能技术正是解决方法之一。”

而比起现在市场上流行的硅基太阳能平板电池，PPV 更加轻巧方便，兼容性更强。因此，PPV 应当具有更广泛的应用前景，尤其是在家用电器和运输设备上。

原文链接  https://techxplore.com/news/2016-11-solar-cells-tin-scientists.html

对这篇论文有疑问？

欢迎进入以下网址

http://keyanquan.net/thesis/detail/302

或点击 阅读原文

与同行探讨本篇论文

（发表评论需登录）

也可提取下方二维码

---

相关论文信息

题目 Enhanced stability andefficiency in hole-transport-layer-free CsSnI3 perovskite photovoltaics

作者 K. P. Marshall,M. Walker, R. I. Walton,R. A. Hatton

Doi 10.1038/nenergy.2016.178

发表日期 21 November 2016

期刊 Nature Energy

摘要 Photovoltaics based ontin halide perovskites have not yet benefited from the same intensive researcheffort that has propelled lead perovskite photovoltaics to >20% power conversionefficiency, due to the susceptibility of tin perovskites to oxidation, the lowenergy of defect formation and the difficultly in forming pinhole-free films.Here we report CsSnI3 perovskite photovoltaic devices without ahole-selective interfacial layer that exhibit a stability ∼10 timesgreater than devices with the same architecture using methylammonium leadiodide perovskite, and the highest efficiency to date for aCsSnI3 photovoltaic: 3.56%. The latter largely results from a high devicefill factor, achieved using a strategy that removes the need for anelectron-blocking layer or an additional processing step to minimize thepinhole density in the perovskite film, based on co-depositing the perovskiteprecursors with SnCl2. These two findings raise the prospect that this class oflead-free perovskite photovoltaic may yet prove viable for applications.

链接 http://www.nature.com/articles/nenergy2016178

阅读更多

▽ 故事

▽ 论文推荐

▽ 论文导读

内容合作请联系

[e-mail]

---

这里是“科学美国人”中文版《环球科学》服务科研人的微信号“科研圈”。我们：

· 关注科学进展与科研生态

· 推荐重要前沿研究

· 发布科研招聘

· 推送学术讲座与会议预告。

欢迎长按二维码关注。