热载钙钛矿太阳能电池的又一提振

最初发表在《太阳之恋》上。

钙钛矿太阳能电池因其达到效率新高度和成本新低的潜力而备受关注。在最新的进展中，我们国家可再生能源实验室的朋友们揭示了钙钛矿太阳能转化的关键“瓶颈”，这对第三代，超高效，热载太阳能电池具有巨大的影响。

热载太阳能电池

对于那些刚接触热载太阳能电池主题的人，可以从SPIE，国际光学和声子学会（International Society for Optics and Phonics）获得简明的语言介绍。要点如下：对于传统的太阳能电池，您只有两种选择：简单的材料，低成本和低效率（例如单结太阳能电池）；或多种材料，成本高，效率高（这将是多结太阳能电池）。相比之下，使用热载太阳能电池，您可以一并获得设计简单，成本低，效率高的优点。喜欢吃蛋糕也吃。这是SPIE的解释：

热量的产生对太阳能电池的输出有害。当材料吸收能量大于其带隙的光子时，就会发生这种情况。为避免此问题，必须通过专门设计的能量选择性触点收集光生电荷载体。具有大动能的载流子（“热载流子”）会在失去大部分能量作为热量之前到达这些接触。原则上，效率可以达到86％。

如果听起来太好了以至于无法做到，那就是。热载太阳能电池距离市场还有很长的路要走，一个巨大的挑战是如何将动能传递提高到最高速度（以亚皮秒为单位），以防止能量损失。

然而，高效率回报使热载流子领域充满了诱惑。当SPIE早在2011年就涵盖了热载太阳能电池时，通过多结太阳能电池实现的太阳能转换率就高达40％。2014年12月，CleanTechnica注意到新的太阳能转换记录达到46％。考虑到理论极限约为87％，仍然为替代的“第三代”技术留出了很大的空间。

热载体太阳能电池的钙钛矿解决方案

因此，最后，这使我们回到了国家可再生能源实验室（NREL）。就在今天，实验室宣布，研究人员已经通过在钙钛矿太阳能电池中部署热载流子技术，为解决热损失问题铺平了道路。

钙钛矿是指一类易于合成的晶体，其结构基于天然矿物钙钛矿，该晶体于1839年在乌拉尔山脉发现。近年来，研究人员一直在追求钙钛矿以提高太阳能转换效率。

钙钛矿在太阳能电池中的商业应用面临一些障碍，铅的使用是一个特别棘手的问题，但据NREL称，钙钛矿太阳能电池的后续版本“比以往任何研究人员看到的任何东西都更快地绘制了效率图表。 ”，使其成为进行进一步研究的多汁目标（含铅或无铅）（据记录，正在探索锡作为铅的一种替代品）。

NREL在2009年开始研究钙钛矿时，效率达到了3.8％。在短短几年内，最新尝试已跃升至20％以上。

这项新的研究发表在《自然光子学》（Nature Photonics）上，标题为“观察碘化铅钙钛矿中的热声子瓶颈”，为将钙钛矿水平推向平流层提供了途径，该水平可能高达66％。这是NREL媒体小组的摘要：

NREL研究确定，钙钛矿电池吸收阳光所产生的电荷载流子遇到了一个瓶颈，在此瓶颈处，当电荷载流子冷却时发出的声子（载热粒子）不能足够快地衰减。相反，声子重新加热载流子，从而大大减慢了冷却过程，并使载流子在更长的时间内保留了更多的初始能量。这潜在地允许在热载太阳能电池中吸收这些额外的能量。

根据研究小组的说法，新研究填补了关键的信息空白：

“尽管通过瞬态吸收（TA）光谱来表征碘化钙钛矿体系具有较早的活性，但仍缺乏对光载流子诱导光谱的全面而深刻的解释。先前的工作使用简单的状态填充或Burstein-Moss模型解释了TA光谱。然而，频谱响应的完整分配以及TA信号幅度与电荷载流子密度之间的相关性尚待探索，尤其是激子跃迁在线性和激发态光学和电子性质中都发挥着作用。”

你明白了吗？巧合的是，今天早上，我们只是偷看了一下有关突破性技术的新的《国家地理》-通用电气的六部分系列，标题为“突破”，该系列将于11月1日星期日开始公开发售。拍摄之后，我们听到了一群参与制作该系列作品的有趣人物的演讲，其中一个主题是技术的发展速度，以至于电影制片人发现自己实际上在记录新的发展实时而不是简单地回顾过去。当今发展迅速的太阳能电池研究无疑符合要求。

整个系列看起来都很棒，当然，我们对由令人难以置信的科幻小说家Akiva Goldsman执导的“边缘能源”这一集感到特别兴奋。我们将很快为您提供更多详细信息，包括专访该集中著名公司Dogfish Head（是的，这些人）的同事。

图片来自NREL。

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