自制DIY项目可能将钙钛矿太阳能电池投入生产

虽然大多数研究人员都在仰望星空寻找答案，但一位科学家最近在家里使用了一个DIY项目，在太阳能技术方面取得了进展。

8月16日，澳大利亚研究委员会激子科学卓越中心研究员Jamie Laird博士介绍了一种新机器，帮助科学家预测导致钙钛矿太阳能电池（PSC）坍塌的潜在缺陷的位置。钙钛矿太阳能电池是硅的一种很有前途的替代品，但它仍然容易出现迄今为止难以检测到的缺陷。

 

太阳能电池将在太空中使用20多年。Laird博士（如上图所示）认为，这种新方法可能是延长钙钛矿太阳能电池寿命的重要一步。图片（修改）由兴奋科学提供

 

有了Laird博士新的基于激光的PSC缺陷测试方法，科学家们可能能够在PSC中添加防御特征，以帮助稳定和维持这些细胞的寿命。

 

硅太阳能电池上钙钛矿的利弊

硅主要用于太空应用中的光收集，并产生可重复使用的能量的显著回报。一个缺点是硅基器件的厚度和重量，这对于轻量级设计要求来说是不实用的。钙钛矿由于其重量、灵活性、低制造成本和比硅更高的辐射耐受性，是一种很有前途的替代品。钙钛矿由钛、钙和氧原子组成，这些原子可以吸收大量的太阳光谱，并可以集成到太阳能电池板中。

 

钙钛矿太阳能电池。图片由Dennis Schroeder/国家可再生能源实验室提供

 

钙钛矿由于其薄的设计，可以与硅的效率相匹配，并以制造成本的一小部分超过硅的性能。那么，为什么硅仍然在作秀呢？钙钛矿太阳能电池的主要限制是它们降解的速度有多快。一旦PSCs暴露在阳光、热量、湿气或氧气下，电池就会开始腐蚀，最终电池会出现随机缺陷，这使得钙钛矿成为硅的不稳定选择。

 

DIY转为成熟的实验室实验

莱尔德博士用来分析各种矿物的家用DIY机器成为了光伏小镇的谈资。Laird博士创造了一种结合显微镜和特殊激光的设备，可以创建PSC缺陷的图像和图谱。该设备精确定位了细胞失去效率和功率的确切位置，并得出了为什么会首先出现这些低效率的数据。

本研究中使用的过程基于强度调制光电流光谱（IMPS），这是一种频域技术，通过不同水平的光强度测量调制电流响应。莱尔德博士和他在激子科学公司的同事用激光束撞击钙钛矿细胞，生成细胞频率响应的空间图像。

 

用激光束撞击钙钛矿电池

为了进行这项现已发表在《小方法》上的研究，激子科学团队将显微镜的力量与频率分析相结合。首先，研究人员将单个钙钛矿电池置于激光下，并获得了该电池的扫描图像。然后，他们测量了它从光中吸收的电流和功率。接下来，将细胞在低湿度的暗室中储存两周。研究小组再次用激光照射细胞，并将其暴露在湿度增加50%的房间中两周。

最终结果表明，一旦电池暴露在更多的水分中，开路电压已降至其原始值的近一半。他们可以看到出现了哪些频率缺陷，并可以将这些数据提供给旨在改变PSCs分子结构的科学家。

 

以1kHz记录的细胞的扫描图像。Laird博士和他的团队将细胞暴露在湿气中，看看何时何地会出现缺陷。图像由Small Methods提供

 

通过这项由家庭项目转变为实验室实验，研究人员找到了一种方法，可以对钙钛矿电池进行扫描，从而揭示其整体质量。

 

莱尔德博士的DIY机器吸引眼球

在他们的研究结论中，莱尔德博士和他在兴奋科学公司的同行断言，由于他们的技术分离了导致细胞降解的不同成分，因此这可能是一种在商业规模上理解PSC开发的“独特工具”。

其他备受赞誉的研究小组已经注意到了该团队的工作，包括莫纳什大学和牛津大学，它们正在发送原型样本，由莱尔德博士的自制机器进行测试。悉尼大学的研究人员也在等待使用实验太阳能电池的卫星和其他太空飞行器的测试设备。