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纳米科学:太阳能电池可以提供更环保,更安全的能源!

2019/12/1 17:04:06      点击:

如今,我们的世界正在寻找更清洁的能源来满足我们日益增长的工业和经济需求。太阳能正在成为化石燃料的替代来源,但由于我们消耗能源的速度越来越快,我们需要开发可随处使用的无处不在的光伏技术:建筑物,服装,消费电子产品和可穿戴设备。这需要超薄膜,低成本且理想柔性的太阳能电池,而不会再生产,使用或处置过程中损害环境。

我们大多数人都知道,在屋顶和太阳能农场上展示的最常见的无机太阳能电池是由硅制成的。然而,硅太阳能电池的生产可能是昂贵的并且需要能量,并且最终的模块是沉重且笨重的。许多低成本的薄膜太阳能电池,替代硅,由有毒元素如铅或镉组成,或含有稀有元素,如铟或碲。

现在,由ICFO Gerasimos Konstantatos的ICREA教授领导的ICFO研究人员Maria Bernechea博士,Nicky Miller博士,Guillem Xercavins,David So和Alexandros Stavrinadis博士已经找到了解决这一日益严重的问题的解决方案。他们制造了一种基于AgBiS2纳米晶体的溶液处理半透明太阳能电池,这种材料由无毒,地球丰富的元素组成,在低温环境条件下产生。这些晶体是强大的全色光吸收剂,经过进一步设计,可作为溶液处理太阳能电池的有效电荷传输介质。

这些细胞有什么特别之处?正如研究人员Maria Bernechea博士评论的那样,“它们含有AgBiS2纳米晶体,这是一种基于无毒元素的新型材料。纳米晶体的化学合成可以通过纳米级工程精确控制其性质,并使其溶解在胶体溶液中。材料在非常低的温度(100C)下合成,比硅基太阳能电池所需的温度低一个数量级。“

ICFO的研究团队通过低温热注合成程序开发了这些细胞。他们首先将纳米晶体分散到有机溶剂中,其中溶液保持稳定数月而不损失器件性能。然后通过逐层沉积工艺将纳米晶体沉积在ZnO和ITO(最常用的透明导电氧化物)的薄膜上,直到达到约35nm的厚度。

“AgBiS2太阳能电池的一个非常有趣的特点是它们可以使用低成本的解决方案处理技术在低温空气中制造,而无需制造许多其他太阳能电池所需的复杂和昂贵的设备。这些特性使AgBiS2太阳能电池成为可能。作为传统太阳能电池的低成本替代品的巨大潜力,“Nicky Miller博士说。

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