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锑基钙光伏电池未来已来

研究人员开发出了新型无铅锑基钙钛矿太阳能组件

原创 钙钛矿材料和器件 钙钛矿材料和器件 2024-02-23 12:01 陕西 2人听过

卤化铅钙钛矿作为下一代光伏发电前景广阔，但随着全球钙钛矿使用量的扩大，如果不能适当控制和回收，通过气体、水和土壤积累的不稳定铅暴露可能会产生不利后果。此外，还存在稳定性问题，限制了铅钙钛矿器件本身的使用寿命。研究人员试图用毒性稍低的锡代替铅，但到目前为止，锡基钙钛矿仍然存在空气中不稳定的问题。如果在稳定性和环境安全方面没有突破，扩大钙钛矿太阳能技术的规模可能会使我们的流充满有害物质。现在，来自罗马大学（University of Rome）Tor Vergata的CHOOSED（Centre for Hybrid and Organic Solar Energy，杂化和有机太阳能中心）的研究人员已经解决了与钙钛矿太阳能电池中所含铅相关的毒性和可回收性问题。

图片来源：ACS Energy Letters

科学家们可能已经在一种新的无铅锑基钙钛矿太阳能电池设计中找到了解决方案。他们最近的研究表明，与传统的纯铯锑太阳能电池相比，一种混合阳离子钙钛矿启发材料（PIM）将效率提高了81%，同时还表现出无与伦比的稳定性。

科学家们表示，锑基混合阳离子钙钛矿启发材料（PIM）在空气条件下1800小时后仍保持了90%的效率。这种耐用性使该团队能够使用行业标准的激光图案化技术制造钙钛矿太阳能组件，这是迈向商业可行性的重要一步。

锑是一种银白色准金属，具有与铅相似的电性，可以与卤化物结合形成钙钛矿一样的晶体结构，并且可能表现出比铅更低的毒性，必须从不同角度进行分析（例如，根据不同的测试，元素和衍生物的毒性，环境足迹，生命周期分析，这也取决于效率和性能等）。

早期的锑基器件显示出潜力，但缺乏商业相关性所需的大面积和稳定性。通过设计一种新的混合阳离子甲基铵-铯锑三碘化物氯化物组合物，研究人员在这两个方面都取得了实质性的改进。优化后的太阳能电池实现1.53%的效率--比纯铯器件提高了 81%；但仍明显低于铅基钙钛矿太阳能电池，铅基钙钛矿太阳能电池已被证明在实验室环境中达到非常高的效率。锑钙钛矿膜在长时间暴露在空气和湿度下后，远远超出了稳定性基准，几乎保持了全部效率。科学家们认为，这些发现可能使锑成为有毒铅基钙钛矿和不稳定锡替代品的下一代继任者。

在锑电池的耐用性的支持下，该团队表示，它成为有史以来第一个使用行业标准激光在空气中图案化制造无铅和锡钙钛矿太阳能模组的公司--蒸发不需要的层以隔离串联的单个电池。

以前，在图案化过程中长时间暴露在空气中会迅速降解无铅钙钛矿薄膜，例如锡基薄膜。但是，锑基混合阳离子钙钛矿启发材料（PIM）的适用性使得在环境空气中执行的所有步骤都能调整专门的激光能量参数。

锑微型模块在2.52平方厘米的面积上实现了1.2%的效率，证明了该概念的可行性。锑路线图有优化的空间，回想早期的铅钙钛矿太阳能组件开发，在不到十年的时间里，效率从5%攀升至20%以上，更直接的是，增强的稳定性打开了通往商业制造的途径。

通过在保持稳定性的同时提高效率（与锡的挑战相反），锑钙钛矿也可以缩小与当前铅基面板在性能上的差距。进一步的研究将集中在器件物理，同时还要研究真正的可持续性，同时考虑可回收性和生命周期分析。无论如何，该团队的锑创新代表了朝着无毒权衡的经济型太阳能迈出的有希望的一步。

（消息来源：perovskite-info.com, 网页链接 ACS Energy Letters）