新型纳米带可提高电池和太阳能电池的效率

新型纳米带可提高电池和太阳能电池的效率研究人员通过将磷与砷进行合金化，创造出了一系列新型纳米材料图/Zhang等人/伦敦大学学院(CC-BY4.0)该研究的通讯作者之一亚当-克兰西（AdamClancy）说："我们在将磷纳米带与砷合金化方面的最新工作开辟了更多可能性--特别是改善电池和超级电容器的能量存储，以及增强医学中使用的近红外探测器。"研究人员所说的纳米带是指一原子厚的磷带，或者更准确地说，phosphorene，一种由单层人工制造的层状黑磷（磷的最稳定形式）组成的二维材料。2019年，UCL的研究人员发现了磷纳米带的潜力，他们发现在过氧化物太阳能电池中加入一层磷纳米带，可以让电池从太阳中获取更多能量。在目前的研究中，为了提高磷的导电性，他们引入了"微量"砷。将磷和砷薄片形成的晶体与溶解在-58°F（-50°C）液氨中的锂混合。24小时后除去氨水，换上有机溶剂。由于薄片的原子结构，锂离子只能沿一个方向移动，而不能横向移动，从而导致裂纹，形成带状。研究人员创造了一个新的纳米材料家族：砷磷合金纳米带（AsPNRs）。他们发现，砷磷合金纳米带在130K（-226°F/-140°C）以上具有高度导电性，同时保留了纯磷纳米带的有用特性。AsPNRs的一个关键特性是其极高的"空穴迁移率"。空穴是电子在电子传输过程中的反向伙伴，因此提高空穴的迁移率（衡量空穴在材料中移动速度的指标）有助于提高电流传输的效率。目前，磷纳米带要用作锂离子或钠离子电池的阳极材料，需要与碳等导电材料混合。研究人员说，由于AsPNRs能提高电池的能量存储量和充放电速度，因此可以省去碳填料。此外，他们还表示，在太阳能电池中使用AsPNRs将改善电荷在设备中的流动，从而提高电池的效率。克兰西说："砷磷带还具有磁性，我们认为磁性来自沿边缘的原子，这使它们也有可能用于量子计算机。更广泛地说，这项研究表明，合金化是控制这一不断发展的纳米材料家族的特性，进而控制其应用和潜力的有力工具。"研究人员说，他们的AsPNRs可以在液体中大规模生产，然后可以用这种液体以低成本大量应用于不同的应用领域。这项研究发表在《美国化学学会杂志》上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1385697.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1385697.htm

突破极限：串联太阳能电池转化效率超过20%

突破极限：串联太阳能电池转化效率超过20%这项研究发表在2024年3月4日出版的《能源材料与器件》杂志上。光伏技术是一种利用太阳光并将其转化为电能的技术，因其提供清洁的可再生能源而广受欢迎。科学家们不断努力提高太阳能电池的功率转换效率，即效率的衡量标准。传统单结太阳能电池的功率转换效率已超过20%。要使单结太阳能电池的功率转换效率达到肖克利-奎塞尔极限以上，需要更高的成本。然而，通过制造串联太阳能电池，可以克服单结太阳能电池的肖克利-奎塞尔极限。利用串联太阳能电池，研究人员可以通过将太阳能电池材料堆叠在一起获得更高的能源效率。研究小组利用一种名为硒化锑的半导体，致力于制造串联太阳能电池。过去对硒化锑的研究主要集中在单结太阳能电池的应用上。但研究小组知道，从带隙的角度来看，这种半导体可能被证明是串联太阳能电池的合适底部电池材料。"硒化锑是一种适用于串联太阳能电池的底部电池材料。然而，由于使用硒化锑作为底部电池的串联太阳能电池的报道很少，因此人们很少关注它的应用。"中国科学技术大学材料科学与工程学院教授陈涛说："我们用它作为底部电池组装了一个具有高转换效率的串联太阳能电池，证明了这种材料的潜力。与使用单层半导体材料的单结太阳能电池相比，串联太阳能电池吸收阳光的能力更强。串联太阳能电池能将更多的太阳光转化为电能，因此比单结太阳能电池更节能。"演示概念验证串联太阳能电池，该电池由硒化锑和宽带隙过磷酸钙作为底部和顶部子电池吸收材料组成。通过优化顶部电池的透明电极和底部电池的制备工艺，该装置实现了超过20%的功率转换效率。来源：《能源材料与器件》，清华大学出版社研究小组制作了具有透明导电电极的过氧化物/硒化锑串联太阳能电池，以优化光谱响应。他们通过调整顶部电池透明电极层的厚度，获得了超过17%的高效率。他们通过引入双电子传输层，优化了硒化锑底部电池，实现了7.58%的功率转换效率。当他们用机械方法将顶部和底部电池组装成四端串联太阳能电池时，功率转换效率超过了20.58%，高于独立子电池的功率转换效率。他们的串联太阳能电池具有出色的稳定性和无毒成分。陈说："这项工作提供了一种新的串联器件结构，并证明硒化锑是一种很有前景的吸收材料，可用于串联太阳能电池的底部电池应用。"展望未来，研究小组希望努力开发集成度更高的双端串联太阳能电池，并进一步提高器件性能。"硒化锑的高稳定性为制备两端串联太阳能电池提供了极大的便利，这意味着它在与多种不同类型的顶层电池材料搭配时可能会取得良好的效果。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1433485.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1433485.htm

新技术大幅提高柔性太阳能电池的发电效率

新技术大幅提高柔性太阳能电池的发电效率研究人员通过引入"客体"成分，提高了三元有机太阳能电池的效率。这种改性可改善太阳能电池对阳光的吸收，优化太阳能电池的运行。通过对这种客体成分进行战略性放置和改性，他们实现了超过19%的功率转换效率提升。有机与无机太阳能电池有机光伏太阳能电池（OSC）是一种使用有机材料（通常由小分子或聚合物组成）将太阳光转化为电能的太阳能电池，有别于使用晶体硅或其他无机材料的传统无机太阳能电池。开放式太阳能电池的主要优点之一是灵活轻便。利用喷墨打印等基于溶液的工艺，它们可以廉价地制成柔性卷筒而非刚性面板，因此适合传感器、便携式充电器或可穿戴电子设备等多种应用。OSC还可以设计成半透明或各种颜色，从而可以美观地集成到建筑物、窗户或其他结构中。不过，与无机太阳能电池相比，开放式晶体管的功率转换效率（PCE）较低。TOSC在一定程度上改变了这一状况。传统的二元有机太阳能电池由供体材料和受体材料组成，与之不同的是，TOSC包含额外的第三种成分，通常称为"客体"。引入这种客体成分是为了优化太阳能电池运行的各个方面，从调整电池的内部能量流到改进电池如何将光能转化为电能。三元组份活性层中嵌入的主/客体"合金"聚集说明。资料来源：李永海客体"成分的作用对于提高PCE尤为重要的是，客体成分还可以拓宽可吸收光的光谱。通过选择一种能在供体或受体未覆盖的范围内吸收光的客体材料，可以提高电池对阳光的整体吸收率。同时，还能很好地调整混合薄膜的形态，使其能够进行激子解离、电荷生成和传输。鉴于客体成分可以发挥多种不同的功能，其在太阳能电池'三明治'或矩阵中的具体位置可以从根本上改变性能。该研究的合著者李永海说："根据其位置的不同，客体元件既可以以闪电般的速度传输能量，也可以帮助捕捉更多的阳光。"现有三种不同位置的可能性：嵌入供体材料，嵌入受体材料，或以某种方式分散在供体和受体界面之间，形成混合的合金状结构（聚集体）。但到目前为止，人们还很少关注客体成分的位置问题。实验细节和结果在研究中，研究人员在TOSC中使用了一种名为LA1的客体成分（与其他客体成分材料的结晶度不同）。LA1是一种小分子受体，研究人员用苯基烷基侧链对其进行了修饰--苯基烷基侧链是一种官能团（分子中原子的集合，具有自身的一系列特性），常用于设计用于光伏设备的有机材料。用苯基烷基侧链对LA1进行改性，在保持令人满意的兼容性的同时，改善了其结晶度和排列，从而提高了其在TOSC中的性能。此外，研究人员还通过对与主成分相互作用的各种条件（包括主/客体相容性、表面能、结晶动力学和分子间相互作用）进行调控，来调节客体成分的分布。通过这种方法，他们在大多数客体分子中发现了类似合金的聚集体，这些聚集体也渗透并分散到宿主分子中。令人印象深刻的是，这些嵌入式主/客"合金"的结晶尺寸可以很容易地进行微调，以改善电荷传输和抑制电荷重组。因此，研究人员最初能够实现15%以上的PCE增效，然后通过将客体成分与作为主成分的Y6系列受体相结合，他们实现了19%以上的更大增效。研究人员认为，他们已经取得了相当大的实验成功，但这些增益的驱动力在理论上仍然不太清楚。展望未来，研究人员希望能更好地阐明这些基本机制。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1382215.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1382215.htm

新型铜铟镓硒太阳能电池能效创纪录 转换效率高达23.64%

新型铜铟镓硒太阳能电池能效创纪录转换效率高达23.64%最新CIGS太阳能电池结构的电子显微镜分析。图片来源：《自然·能源》网站国际能源署数据显示，太阳能电池的部署量在全球范围内迅速增长，2022年太阳能发电量占全球电力超过6%。晶硅是太阳能电池中使用最广泛的材料，目前由晶硅制成太阳能电池最多可将逾22%的阳光转化为电力，这种太阳能电池成本低廉且性能比较稳定。研究人员希望以合理的生产成本获得30%以上的光电转换效率，由此开始关注CIGS等更高效的串联太阳能电池。但串联太阳能电池成本太高，迄今无法大规模生产和部署。薄膜太阳能电池中活性层的横截面，总厚度不超过3微米。利用隆德MAXIV设施测量的纳米XRF，可以高精度地测量太阳能电池中基体元素和微量元素（本例中为铷）的浓度。资料来源：MarikaEdoff最新研制出的CIGS太阳能电池包含一块玻璃板，玻璃板上覆盖了几个不同的层，每个层都具有特定功能。吸收阳光的材料由铜、铟、镓和硒化物组成，并添加了银和钠。材料被置于太阳能电池内，位于金属钼和透明的玻璃板之间。为使太阳能电池在分离电子方面尽可能高效，研究团队用氟化铷处理了CIGS层。研究人员表示，钠和铷这两种碱金属之间的平衡，以及CIGS层的组成是提高转换效率的关键。CIGS太阳能电池能效此前的世界纪录是23.35%，由日本SolarFrontier公司创造，再之前是德国巴登符腾堡太阳能和氢能源研究中心创下的纪录22.9%。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1421703.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1421703.htm

23.64%转化率 - 科学家刷新了CIGS太阳能电池的世界纪录

23.64%转化率-科学家刷新了CIGS太阳能电池的世界纪录乌普萨拉大学在利用铜铟镓硒太阳能电池产生电能方面创造了新的世界纪录，效率高达23.64%。这一成就已由一家独立机构进行了验证，研究结果已发表在备受推崇的《自然-能源》杂志上。这一纪录是FirstSolar公司欧洲技术中心（前身为Evolar）与乌普萨拉大学太阳能电池研究人员合作的成果。"我们对这种太阳能电池和最近生产的其他太阳能电池的测量结果都在独立测量的误差范围之内。"这项研究的负责人、乌普萨拉大学太阳能电池技术教授玛丽卡-埃多夫（MarikaEdoff）说："这项测量还将用于我们自己测量方法的内部校准。"乌普萨拉大学材料科学与工程系教授兼太阳能电池技术部主任MarikaEdoff。资料来源：MikaelWallerstedt此前的世界纪录是23.35%（日本SolarFrontier公司），更早一些是22.9%（德国ZSW公司）。乌普萨拉大学曾保持过这一纪录，第一次是在20世纪90年代的Euro-CIS研究合作项目中。"我们还一度保持着串联原型的记录。"Edoff说："尽管我们保持电池记录已经有很长一段时间了，但我们往往只是落后于最佳结果，当然，还有许多相关方面需要考虑，例如扩展到大规模工艺的潜力，在这方面我们一直走在前列。"太阳能电池技术在全球范围内迅速发展，根据国际能源机构（IEA）的数据，到2022年，太阳能发电占全球电力的比例将略高于6%。晶体硅是太阳能电池最广泛使用的材料，目前最好的晶体硅太阳能电池组件可将22%以上的太阳光转化为电能，而且现代太阳能电池成本低、长期稳定。太阳能电池研究的一个目标是以合理的生产成本实现30%以上的效率。人们通常关注效率更高的串联太阳能电池，但迄今为止，这种电池的成本太高，无法大规模使用。23.64%的世界纪录是由德国弗劳恩霍夫ISE独立研究所测得的。这篇学术论文对太阳能电池进行了全面的材料和电气分析，并将其与其他研究机构之前的同类太阳能电池记录进行了比较。图片显示的是薄膜太阳能电池活性层的横截面，总厚度不超过3微米。利用隆德MAXIV设施测量的纳米XRF，可以高精度地测量太阳能电池中基体元素和微量元素（本例中为铷）的浓度。资料来源：MarikaEdoff太阳能电池最重要的特性是能够吸收光线并将能量传输到电力负载。要做到这一点，材料必须能够吸收最佳部分的阳光，同时避免在太阳能电池内将能量转化为热量而造成浪费。CIGS太阳能电池由一块普通窗玻璃制成的玻璃片组成，玻璃片上镀有几层不同的涂层，每一层都有特定的功能。吸收阳光的材料由铜、铟、镓和硒（因此缩写为CIGS）组成，并添加了银和钠。这层材料被放置在太阳能电池中，位于金属钼背触点和透明前触点之间。为了使太阳能电池尽可能高效地分离电子，CIGS层经过氟化铷处理。钠和铷这两种碱金属之间的平衡以及铜铟镓硒层的成分是影响转换效率的关键，即太阳能电池将整个太阳光谱转换为电能的比例。测量机构在进行测试时，会使用在强度和光谱上都与太阳相似的过滤光来测量太阳能电池的效率。在测量过程中，太阳能电池保持在受控温度下，独立机构定期相互发送校准太阳能电池。要登记为世界纪录，必须进行独立测量，在这种情况下，测量由弗劳恩霍夫ISE测量机构进行。"我们的研究表明，CIGS薄膜技术是一种具有竞争力的独立太阳能电池替代技术。该技术还具有可用于其他场合的特性，例如串联太阳能电池的底部电池，"Edoff说。为了进一步了解效率与太阳能电池结构之间的相关性，我们采用了几种先进的测量方法：在隆德的MAXIV设备上通过纳米XRF（X射线荧光光谱）对太阳能电池的材料进行了表征，并在此基础上进行了细致的成分分析。高分辨率的透射电子显微镜（TEM）用于研究太阳能电池的横截面，包括成分与深度的函数关系、晶粒如何形成以及各层之间的界面。通过光致发光，研究了太阳能电池在激光激发后发出的光的光谱，以此了解太阳能电池对内部电子的处理情况。与发光微弱的太阳能电池相比，发光明亮的太阳能电池内部热量损失较少。最后，还利用电学测量方法分析了铜铟镓硒材料的掺杂情况。"我们现在保持着世界纪录，这对乌普萨拉大学和FirstSolar欧洲技术中心来说都意义重大。对于以高可靠性著称的铜铟镓硒技术来说，创下世界纪录也意味着它可以为串联太阳能电池等新应用提供可行的替代方案。这对我们在世界各地的研究同事来说非常重要。我们希望对材料和电气性能的分析将为进一步提高性能奠定基础，"Edoff总结道。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425973.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425973.htm

韩国科学家解决金属氧化物层降解问题 实现21.68%的透明太阳能电池效率

韩国科学家解决金属氧化物层降解问题实现21.68%的透明太阳能电池效率韩国能源研究所（KoreaInstituteofEnergyResearch）大大推进了半透明过氧化物太阳能电池技术的发展，实现了21.68%的世界领先效率，并显示出卓越的耐久性。这一突破旨在提高太阳能电池在窗口和串联配置中的应用，应对到2050年实现碳中和的关键挑战。通过创新研究，该团队提高了这些电池的稳定性和效率，为太阳能领域做出了重大贡献。资料来源：韩国能源研究院这种半透明太阳能电池的效率达到破纪录的21.68%，是世界上使用透明电极的过氧化物太阳能电池中效率最高的。此外，它们还表现出了卓越的耐久性，在运行240小时后仍能保持99%以上的初始效率。为了到2050年实现碳中和，关键在于实现下一代太阳能电池技术的"超高效率"和"应用领域多样化"，克服安装空间和国土面积的限制。这就需要高效和多功能的技术，如串联太阳能电池和窗用太阳能电池。这两种技术都需要高效、稳定的半透明过氧化物太阳能电池。为了制造半透明的过氧化物太阳能电池，有必要将传统不透明太阳能电池的金属电极换成允许光线通过的透明电极。在此过程中，会产生高能粒子，导致空穴传输层性能下降。左起为透辉石太阳能电池、半透明透辉石太阳能电池、透辉石-硅串联太阳能电池。资料来源：韩国能源研究院为了避免这种情况，通常会在空穴传输层和透明电极层之间沉积一层金属氧化物作为缓冲。然而，与在相同条件下生产的不透明太阳能电池相比，半透明器件的电荷传输性能和稳定性都有所下降，其确切原因和解决方案尚未明确。研究人员利用电光分析和原子级计算科学，找出了在制造半透明过氧化物太阳能电池过程中电荷传输性能和稳定性降低的原因。他们发现，为提高空穴传输层导电性而加入的锂离子（Li）会扩散到作为缓冲层的金属氧化物层中，最终改变金属氧化物缓冲层的电子结构，使其特性降低。此外，除了找出原因之外，研究人员还通过优化空穴传输层的氧化时间来解决问题。他们发现，通过优化氧化，将锂离子转化为稳定的氧化锂（LixOy），可以减轻锂离子的扩散现象，从而提高器件的稳定性。这一发现揭示了以前被认为是简单反应副产品的氧化锂在提高效率和稳定性方面可以发挥关键作用。安世镇、安承奎、严康勋（左起）和纳克维-赛义德-迪达尔-海德尔（NaqviSyedDildarHaider）在圆圈内。图片来源：韩国能源研究院所开发的工艺制成的半透明过氧化物太阳能电池效率高达21.68%，是所有透明电极过氧化物太阳能电池中效率最高的。此外，这项研究还证明，在黑暗储存条件下400小时和在连续照明运行条件下240多小时，其初始效率仍能保持在99%以上，令人印象深刻，展示了其出色的效率和稳定性。研究团队进一步将开发的太阳能电池用作串联太阳能电池的顶层电池，创造了国内首个双面串联太阳能电池，既可利用从背面反射的光，也可利用从正面入射的光。通过与JusungEngineeringCo.,Ltd.和德国Jülich研究中心合作，双面串联太阳能电池在后方反射光为标准太阳光20%的条件下，实现了较高的双面等效效率，四端子为31.5%，双端子为26.4%。这项研究的负责人、光伏研究部的AhnSeJin博士表示："这项研究通过考察有机化合物和金属氧化物缓冲层界面上发生的降解过程，在该领域取得了重大进展，而这种降解过程是半透明过氧化物太阳能电池所独有的，我们的解决方案很容易实现，这表明我们开发的技术在未来的应用中具有巨大潜力"。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1420785.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1420785.htm