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鈣鈦礦太陽能電池
閱讀�7578時間�2020-11-09 15:27:40

    鈣鈦礦太陽能電池(PSC)是一種類型的太陽能電�,其包括鈣鈦礦結構的化合�,最常用的是雜化有機-無機鉛或錫鹵化物類材�,作為捕光有源層。鈣鈦礦材料,如甲基銨鹵化鉛和全無機鹵化銫銫,生�(chǎn)便宜且易于制��
    使用這些材料的設備的太陽能電池效率從2009年的3.8%提高到2020年的25.5%,在單結架構中,在硅基串聯(lián)電池中達�29.1�,超過了單結硅太陽能電池實現(xiàn)的xxx效率。因�,鈣鈦礦太陽能電池是目前�(fā)展最快的太陽能技�。鈣鈦礦型太陽能電池具有實現(xiàn)更高效率和極低生�(chǎn)成本的潛�,已成為商業(yè)上的吸引��

鈣鈦礦太陽能電池的優(yōu)�

    金屬鹵化物鈣鈦礦具有獨特的功能,使其可用于太陽能電池。所使用的原材料以及可能的制造方法(例如各種印刷技術)都是低成本的。它們的高吸收系�(shù)使大�500 nm的超薄薄膜能夠吸收完整的可見太陽光譜。這些特征的結合導致創(chuàng)造低成本、高效率、薄型、輕量和柔性太陽能模塊的可能�。鈣鈦礦太陽能電池已用于為低功耗無線電子設備供電,用于�(huán)境供電的物聯(lián)�(wǎng)應用�

鈣鈦礦太陽能電池的材�

    鈣鈦礦太陽能電池的名稱源自吸收劑材料的ABX 3 晶體結構,被稱為鈣鈦礦結構,其中A和B為陽離子,X為陰離子。發(fā)�(xiàn)半徑�1.60?�2.50?之間的陽離子形成鈣鈦礦結�。最常研究的鈣鈦礦吸收劑是甲基銨三鹵化鉛(CH 3 NH 3 PbX 3,其中X是鹵素離子,例如碘離�、溴離子或氯離子),具有光學帶隙介于?1.55�2.3 eV之間,具體取決于鹵化物含量。甲ami三鹵化鉛(H 2 NCHNH 2 PbX 3)也顯示出希�,帶隙在1.48�2.2 eV之間。最小帶隙比甲基銨三鹵化鉛更接近單結電池的最佳帶�,因此它應具有更高的效率。鈣鈦礦在固�(tài)太陽能電池中的首次使用是在使用CsSnI 3作為p型空穴傳輸層和吸收劑的染料敏化電池中。普遍關注的是將鉛作為鈣鈦礦材料的組成部�;基于錫基鈣鈦礦吸收劑的太陽能電池據(jù)報道,NH 3 SnI 3具有較低的功率轉換效率�
    多結太陽能電�
    多結太陽能電池能夠實�(xiàn)更高的功率轉換效率(PCE�,將閾值提高到超出單結電池的Shockley-Queissier極限所設定的熱力學xxx�。通過在單個電池中具有多個帶�,它可以防止損耗。在單結太陽能電池的帶隙能之上或之下的光�。在串聯(lián)(雙)結太陽能電池中,已記錄�31.1%的PCE,三結增加到37.9�,四結太陽電池增加到38.8�,令人印象深�。但�,金屬有機化學氣相沉積合成具有多個結的晶格匹配和晶體太陽能電池所需的(MOCVD)工藝非常昂�,這使其無法廣泛應��
    鈣鈦礦半導體提供的選擇有可能與多結太陽能電池的效率相媲美,但可以在更常見的條件下以大大降低的成本進行合成。與上述的雙,三和四結太陽能電池相比,全鈣鈦礦串�(lián)電池的xxxPCE�31.9�,全鈣鈦礦三結電池達�33.1�,鈣鈦礦-Si三結電池達到效率�35.3%。這些多結鈣鈦礦太陽能電池除了可用于具有成本效益的合成�,還可以在各種極端氣候條件下保持較高的PCE,從而使其在全球范圍內均可使��
    手性配�
    如果正確使用有機手性配�,則有望提高鹵化物鈣鈦礦太陽能電池的xxx功率轉換效率。無機半導體中的手性可以通過晶格表面附近的對映異構體變形,底物與手性配體之間的電子耦合,組裝為手性二級結構或手性表面缺陷來�(chǎn)�。通過將手性苯乙胺配體連接到非手性溴化鈣鈦礦鉛納米片�,形成手性無�-有機鈣鈦�。通過圓二色譜(CD)光譜檢查無機有機鈣鈦礦,發(fā)�(xiàn)了兩個區(qū)�。一個代表電荷轉移在配體和納米片之間�300-350nm�,另一個代表鈣鈦礦的激子吸收xxx�。這些系統(tǒng)中電荷轉移的證據(jù)表明有望增加鈣鈦礦太陽能電池的功率轉換效率�

鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定�

    鈣鈦礦太陽能電池(PSC)的一大挑�(zhàn)是短期和長期�(wěn)定�。PSC的不�(wěn)定性主要與�(huán)境影響(水分和氧氣)有關,基于甲基銨的鈣鈦礦的熱應力和固有穩(wěn)定�,在施加電壓下加熱,光影響(紫外線)和機械脆�。已�(jīng)進行了一些關于PSC�(wěn)定性的研究,并且已�(jīng)證明某些元素對PSC的穩(wěn)定性很重要。但是,沒有用于PSC的標準“操作”穩(wěn)定性協(xié)�。但是最近提出了一種量化雜化鹵化物鈣鈦礦固有化學穩(wěn)定性的方法�
    吸收劑材料的有機成分的水溶性使設備極易在潮濕環(huán)境中迅速降�。可以通過在制造步驟中�(yōu)化組成材�、電池的結構、界面和�(huán)境條件來減少由水分引起的降解。用碳納米管和惰性聚合物基體的復合材料包裹鈣鈦礦吸收劑可以防止材料在高溫下被潮濕空氣立即降解。然而,尚未證明鈣鈦礦太陽能電池的長期研究和全面的封裝技�。帶有介孔TiO的設�2層與所述鈣鈦礦吸收敏化,也都是UV -unstable,由于在TiO內部光生空穴之間的相互作�2和氧自由基的TiO的表面上2�
    在室溫下在CH 3 NH 3 PbI 3中測得的0.5 W /(Km)的超低導熱系數(shù)可以防止沉積的光快速傳�,并使電池對熱應力具有抵抗力,從而縮短其使用壽命。鈣鈦礦薄膜中的PbI 2殘留物已通過實驗證明對裝置的長期�(wěn)定性具有負面影�。據(jù)稱可以通過用金屬氧化物層代替有機傳輸層來解決穩(wěn)定問�,從而使電池�60天后保持90%的容量。此�,可以通過使用多功能氟化光敏聚合物涂料解決兩個不�(wěn)定性問�,該涂料在設備的正面具有�(fā)光和易于清潔的功�,同時在背面接觸側形成了對環(huán)境水分的強疏水性屏�。前涂層可以通過將整個入射太陽光譜的紫外線轉換成可見光來防止整個入射太陽光譜的紫外線與PSC電池堆發(fā)生負作用,而后層可以防止水滲透到太陽能電池堆中。在實驗室進行�180天老化測試和超�3個月的實際室外條件測試中,所得器件在電源轉換效率方面表現(xiàn)出出色的�(wěn)定��
    2015�7�,主要障礙是xxx的鈣鈦礦太陽能電池只有指甲大小,并且在潮濕環(huán)境中會迅速降�。然�,EPFL的研究人員于2017�6月發(fā)表了一項研�,成功地證明了大型鈣鈦礦太陽能電池組件在一年內未觀察到退化(短路情況�?,F(xiàn)�,研究團隊與其他組織一起旨在開�(fā)一種可完全印刷的鈣鈦礦太陽能電�,其效率達到22�,老化測試后的性能達到90%�
    2019年初,迄今為止報告的最長的�(wěn)定性測試顯�,在至少1個太陽光照射�,基于氙氣燈的太陽模擬器在沒有紫外線過濾的情況下,在xxx功率點跟蹤(MPPT)的條件�,至少連續(xù)運行4000小時,就可以�(wěn)定輸出功�。值得注意的是,在�(wěn)定性測試中使用的光收集器是�(jīng)典的基于甲基銨(MA)的鈣鈦礦MAPbI 3,但是器件的構建沒有有機基的選擇性層,也沒有金屬背接觸。在這些條件�,僅熱應力是造成封裝器件工作�(wěn)定性下降的主要因素�
    鈣鈦礦材料的固有脆性要求外在增強以保護該關鍵層免受機械應力。將機械增強支架直接插入鈣鈦礦太陽能電池的活性層中導致形成的復合太陽能電池的抗斷裂性提高了30�,從而將鈣鈦礦太陽能電池的斷裂特性重新定位到與常�(guī)c-Si,CIGS相同的區(qū)域中和CdTe太陽能電��

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