鈣钛礦電池好不好


鈣钛礦太陽能電池的結構
鈣钛礦太陽能電池由上到下分別爲玻璃、FTO、電子傳輸層(ETM)、鈣钛礦光敏層、空穴傳輸層(HTM)和金屬電極。
其中,電子傳輸層一般爲致密的TiO2納米顆粒,以阻止鈣钛礦層的載流子與FTO中的載流子複合。通過調控TiO2的形貌、元素摻雜或使用其它的n型半導體材料如ZnO等手段來改善該層的導電能力,以提高電池的性能。目前報道的最高效率(~19.3%)的電池使用的即是钇摻雜的TiO2。
鈣钛礦光敏層,多數情況下就是一層有機金屬鹵化物半導體薄膜。也有人使用的是有機金屬鹵化物填充的介孔結構(TiO2、ZrO2和Al2O3骨架),或者兩者都存在,但沒有證據表明這種結構有助于電池性能的提高。
空穴传输层,在染料敏化太阳能电池中,该层多为液态I3-/I-电解质。由于CH3NH3PbI3在液态电解质中不稳定,使得电池稳定性差,这也是早期的钙钛矿电池的主要问题。后来,Gr?tzel 等采用了如spiro-OMeTAD, PEDOT:PSS等固态空穴传输材料,电池效率得到了极大提高,并具有良好的稳定性。
特別地,鈣钛礦還可以同時作爲吸光和電子傳輸材料或者同時作爲吸光和空穴傳輸材料。這樣,就可以制造不含HTM或ETM的鈣钛礦太陽能電池。
鈣钛礦電池的優勢:
太陽能儲能電池的轉換效率發展速度快,6年時間從3.8%升到20.3%,而2013年十一月美國科學家在最新研究中發現,新式鈣钛太陽能電池的轉化效率或可高達50%,爲目前市場上太陽能電池轉化效率的2倍,這說明了它還有很大的發展潛力;電池制作工藝簡單實驗室中常采用液相沈積、氣相沈積工藝、液相/氣相混合沈積工藝;
電池發電成本低甚至有可能會比火力發電還低;
建築一體化潛力鈣钛礦型電池屬于薄膜電池,目前重要就是沈積在玻璃上,還可以通過控制各層材料的厚度和材質來實現不同程度的透明度,當然效率也會降低,不過這類應用是值得嘗試的。例如牛津大學的實驗室已經可以做出半透光(灰褐色)的電池。假如將采光與發電融爲一體的太陽能電池開發順利,有望成爲高樓大廈幕牆裝飾、車輛有色玻璃貼膜等的替代品。
鈣钛礦電池的劣勢:
材料有毒鈣钛礦電池材料含有鉛,不過鉛跟其他類型電池含有的砷、镓、碲、镉相比,簡直就是小巫見大巫。而美國西北大學也已研發出一種用錫代替鉛的鈣钛礦太陽能電池,不過這種電池的轉換效率還只有6%,而且材料非常不穩定,目前處于研發初級階段;
材料不穩定鈣钛礦中的鉛容易氧化使碘揮發,且當晶體遇濕時則易分解。假如我們使用鈣钛礦電池發電,它很有可能分解滲出流到屋頂或土壤中;
電池壽命不長目前,壽命最長的鈣钛礦太陽能電池可達到1000小時,由華中科技大學和洛桑聯邦理工學院合作研發。而傳統晶矽電池壽命一般可達到25年,比鈣钛礦電池長得多。
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