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钙钛矿光伏电池能革前辈们的命吗?

发表于:2016-01-05 12:51:08     作者:逯好峰 来源:IntoPV

近一年来,钙钛矿型电池已经受到重量级期刊的广泛报道,媒体转载也是铺天盖地。长江后浪推前浪,09年横空出世的年轻电池形态有没有潜力把前辈们拍在沙滩上?

鉴于这个名词容易引起误解,先一起来看看庐山真面目–钙钛矿(Perovskite)泛指一类陶瓷氧化物,由于存在于矿石中的钛酸钙(CaTiO3)化合物最早被发现,因此而得名。后来钙钛矿成为固体物理里面对这一类晶格类型的称呼,其分子通式为ABX3,A,B,X可以代表不同元素。从构成来看,它们是一系列无机化合物。

而近来大热的新型电池也被称做钙钛矿型太阳能电池(Perovskite-based Solar Cells),并不是因为采用了上面提到的陶瓷氧化物作为材料,恰恰相反,这类电池的活性材料是有机铅碘化合物(甲胺铅碘,化学式CH3NH3PbI3)。那为什么还以此命名呢?因为甲胺铅碘可以形成具有钙钛矿结构的晶体,有机短链、铅离子以及碘离子分别占据晶格的A、B、X位置,由此构成三维结构。为了方便起见,大概就约定俗成为钙钛矿型(或钙钛矿结构)太阳能电池。

但是有的媒体报道的时候,因为不了解缘由,直接说成钙钛矿太阳能电池,甚至引出钛酸钙(CaTiO3)来分析资源储量,误人不浅。退一万步说,如果真用CaTiO3来做电池,它的能带宽度对应于387纳米的光线,意味着不可能吸收利用任何可见光,所以当做活性材料是没有意义的,用做传导材料倒是不无可能。鲸鱼不是鱼,龙猫不是猫,此钙钛矿并非彼钙钛矿,现在我们可以清楚的分辨这一点了。

钙钛矿结构太阳能电池属于哪个种类?

有机铅碘化合物晶体具有独特的光电性能,它的八面体体系有利于电子和空穴的传输,使得该类材料具有优异的载流子传输特性。而且还有合适的能带结构,较好的光吸收性能,能够吸收几乎全部范围的可见光用于光电转换。以钙钛矿型铅碘化合物为活性吸光材料的薄膜电池,普遍来说两边还分别需要电子传输层(一般为二氧化钛TiO2)和空穴传输层来辅助导出电流。因此从结构来看,个人觉得可把它归为广义敏化太阳能电池的一种。但是学术上对它的工作机理还存在敏化机制和异质结机制的争论。

钙钛矿型电池是在09年左右报道出现,属于新生代“05后”。来看看“05后”新型电池的四大杀器:

1、效率值及其潜力

钙钛矿型电池在09年横空出世之后,其光电转化效率在近5年内从3.8%迅速提高到15.6%,被SCIENCE评选为2013年十大科学突破之一。效率值高于非晶硅电池实验室值,更是甩开它的近亲–染料敏化和有机太阳能电池几条街的距离。最重要的是随着电池工艺的进一步发展和成熟,暂时还看不到它效率值的天花板。

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