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

添加银反射镜使过氧化物太阳能电池的效率提高三倍

添加银反射镜使过氧化物太阳能电池的效率提高三倍现在，一项新的研究将过氧化物的效率提高了3.5倍，甚至没有对材料本身进行调整。相反，研究小组发现，在其下方添加一层不同的材料，改变了过氧化物中电子的相互作用，减少了一个能量消耗的过程。过氧化物和其他光伏材料通过让阳光激发材料中的电子来发电，使它们从原子中跳出，准备被引导以产生电流。但有时，电子会落回它们留下的"空洞"中，减少了整体电流，因此也降低了材料的效率。这就是所谓的电子重组。研究人员发现，他们能够通过将过氧化物放置在由单独的银或银和氧化铝的交替层组成的衬底上，大幅减少电子重组。该团队说，这样做会产生一种镜子，产生电子-空穴对的反转图像，从而减少电子与空穴重组的可能性。在测试中，工程师们表明，加入这些层后，光转换的效率提高了3.5倍。该研究的主要作者郭春雷说："一块金属可以做的工作和湿式实验室里的复杂化学工程一样多。随着新的过氧化物的出现，我们就可以用我们基于物理学的方法来进一步提高它们的性能。"这项研究发表在《自然-光子学》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1345339.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1345339.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

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

麻省理工学院研究人员开发出超薄轻量级太阳能电池

麻省理工学院研究人员开发出超薄轻量级太阳能电池它们的重量是传统太阳能电池板的百分之一，每公斤产生的能量是其18倍，并且是由半导体油墨制成的，使用的印刷工艺在未来可以扩展到大面积的制造。由于这些太阳能电池非常薄和轻，它们可以被贴在许多不同的表面上。例如，它们可以被集成到船帆上，以便在海上提供电力，粘附在灾难恢复行动中部署的帐篷和防水布上，或者应用到无人机的机翼上，以扩大其飞行范围。这种轻量级的太阳能技术可以很容易地集成到建筑环境中，而且安装需求很小。"用于评估一种新的太阳能电池技术的指标通常仅限于其电力转换效率和以每瓦美元计算的成本。同样重要的是可整合性--新技术可以被改造的容易程度。轻质太阳能织物能够实现可整合性，为目前的工作提供了动力。我们努力加快太阳能的采用，因为目前迫切需要部署新的无碳能源，"法里博尔兹-马西赫新兴技术主席、有机和纳米结构电子实验室（ONE实验室）负责人、麻省理工学院纳米实验室主任、描述这项工作的新论文的资深作者弗拉基米尔-布洛维奇说。与Bulović一起撰写论文的还有共同主要作者MayuranSaravanapavanantham，他是麻省理工学院电气工程和计算机科学的研究生；以及JeremiahMwaura，他是麻省理工学院电子研究实验室的研究科学家。该研究最近发表在《小方法》杂志上。瘦身后的太阳能电池传统的硅基太阳能电池是脆弱的，因此它们必须被包裹在玻璃中，并被包装在厚重的铝制框架中，这限制了它们的部署地点和方式。六年前，ONE实验室团队使用一种新兴的薄膜材料生产太阳能电池，其重量非常轻，可以放在肥皂泡上。但是这些超薄的太阳能电池是使用复杂的、基于真空的工艺制造的，这些工艺可能是昂贵的，并且在扩大规模方面具有挑战性。在这项工作中，他们着手开发完全可打印的薄膜太阳能电池，使用基于墨水的材料和可扩展的制造技术。为了生产太阳能电池，他们使用了可打印电子油墨形式的纳米材料。在MIT.nano洁净室工作时，他们使用一个槽模涂布机为太阳能电池结构涂上一层电子材料，该涂布机将电子材料层沉积到准备好的、可释放的基底上，基底的厚度只有3微米。使用丝网印刷（一种类似于在丝印T恤上添加图案的技术），将电极沉积在结构上以完成太阳能模块。然后，研究人员可以将厚度约为15微米的印刷模块从塑料衬底上剥离，形成超轻超薄的太阳能设备。但是这种薄而独立的太阳能模块在处理上具有挑战性，很容易撕裂，这将使它们难以部署。为了解决这一挑战，麻省理工学院的团队寻找一种轻质、灵活和高强度的基材，他们可以将太阳能电池粘在上面。他们认为织物是最佳的解决方案，因为它们提供了机械弹性和灵活性，而且重量增加很少。他们找到了一种理想的材料--一种每平方米仅重13克的复合织物，商业上称为迪尼玛面料。这种织物由纤维制成，其强度非常高，曾被用作绳索，将沉没的邮轮"科斯塔-康科迪亚"号从地中海底部吊起。通过添加一层只有几微米厚的紫外线固化胶水，他们将太阳能模块粘在这种织物的薄片上。这就形成了一个超轻的、机械上坚固的太阳能结构。"虽然直接在织物上印刷太阳能电池可能看起来更简单，但这将限制可能的织物或其他接收表面的选择，使其在化学上和热上与制造设备所需的所有加工步骤兼容。Saravanapavanantham解释说："我们的方法将太阳能电池的制造与最终的集成工艺分离开来"。胜过传统太阳能电池当他们测试该装置时，麻省理工学院的研究人员发现它在独立的情况下每公斤可以产生730瓦的功率，如果部署在高强度的迪尼玛织物上，每公斤可以产生约370瓦的功率，这比传统太阳能电池的每公斤功率高约18倍。"在马萨诸塞州，一个典型的屋顶太阳能装置约为8000瓦特。他说："为了产生同样的电力，我们的织物光伏电池只需在房子的屋顶上增加大约20公斤（44磅）的重量。"他们还测试了他们设备的耐用性，发现即使在将织物太阳能电池板滚动和展开500多次后，电池仍能保持其最初发电能力的90%以上。虽然他们的太阳能电池比传统的电池要轻得多，也灵活得多，但它们需要被包裹在另一种材料中，以保护它们免受环境影响。用于制造电池的碳基有机材料可以通过与空气中的水分和氧气相互作用而被改变，这可能会使其性能劣化。将这些太阳能电池包裹在沉重的玻璃中，就像传统的硅太阳能电池的标准做法一样，会将目前的进步价值降到最低，因此该团队目前正在开发超薄的包装解决方案，这只会使目前超轻设备的重量增加一小部分。研究人员正在努力去除尽可能多的非太阳能活性材料，同时仍然保留这些超轻和柔性太阳能结构的外形和性能。例如，可以通过印刷可释放的基材来进一步简化制造过程，相当于用来制造我们设备中其他层的过程。这将加速这项技术向市场的转化。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1340623.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1340623.htm

科学家开发出制造新一代太阳能电池的新方法

科学家开发出制造新一代太阳能电池的新方法包括宾夕法尼亚州立大学教师NelsonDzade在内的一个国际研究小组报告了一种新方法，这种方法可以制造出更耐用的太阳能电池，同时还能高效地将太阳光转化为电能。资料来源：NelsonDzade包括宾夕法尼亚州立大学教师NelsonDzade在内的科学家们在《自然-能源》杂志上报告了他们的新方法，该方法可制造出更耐用的过氧化物太阳能电池，并仍能实现21.59%的高效率将太阳光转化为电能。约翰和威利-莱昂家族能源与矿产工程系能源与矿产工程助理教授、本研究的合著者德扎德说，透辉石是一种很有前途的太阳能技术，因为与传统的硅材料相比，这种电池可以在室温下用更少的能量制造，使其生产成本更低，更具可持续性。科学家们说，但用于制造这些设备的主要候选材料--有机-无机混合金属卤化物，含有易受潮、氧和热影响的有机成分，暴露在真实世界的条件下会导致性能迅速下降。一种解决方案是转而使用碘化铯铅等全无机包晶材料，这种材料具有良好的电气性能和对环境因素的超强耐受性。不过，这种材料是多晶体的，也就是说，它有多个具有不同晶体结构的相。科学家们说，其中两种光活性相对于太阳能电池来说是好的，但它们在室温下很容易转化为不良的非光活性相，从而引入缺陷，降低太阳能电池的效率。突破性的相异质结技术科学家们将碘化铯铅的两种光活性多晶体结合起来，形成了一种相异质结--它可以抑制向不良相的转变。异质结是通过堆叠具有不同光电特性的不同半导体材料形成的，就像太阳能电池中的层一样。太阳能设备中的这些结可以进行定制，以帮助从太阳中吸收更多能量，并更高效地将其转化为电能。Dzade说："这项工作的美妙之处在于，它表明利用同一种材料的两种多晶体来制造相异质结太阳能电池是一种可行的方法。它提高了材料的稳定性，防止了两相之间的相互转换。两相之间形成的相干界面可使电子轻松流过设备，从而提高功率转换效率。这就是我们在这项工作中所展示的。"研究人员制造出的器件实现了21.59%的功率转换效率，属于此类方法中的最高水平，而且稳定性极佳。不仅如此，该装置在环境条件下储存200小时后，仍能保持90%以上的初始效率。Dzade说："当从实验室扩展到实际太阳能模块时，我们的设计在太阳能电池面积超过7平方英寸（18.08平方厘米）的情况下，功率转换效率达到了18.43%。这些初步结果凸显了我们的方法在开发超大型过氧化物太阳能电池模块和可靠评估其稳定性方面的潜力。"研究人员对在原子尺度上对异质结的结构和电子特性进行了建模，并发现将两种光活性相结合在一起可以形成稳定而连贯的界面结构，从而促进高效的电荷分离和转移--这是实现高效太阳能设备的理想特性。Dzade在韩国全南大学的同事开发出了制造该设备的独特双沉积方法--一种相用热风技术沉积，另一种相用三源热蒸发技术沉积。韩国全南大学研究教授、论文第一作者SawantaS.Mali说，在沉积过程中添加少量分子和有机添加剂，进一步提高了器件的电性能、效率和稳定性。约翰和威利-莱昂家族能源与矿物工程系能源与矿物工程助理教授、该研究的共同作者尼尔森-德扎德（NelsonDzade）说："我们相信，我们在这项工作中开发的双沉积技术将对制造高效、稳定的过氧化物太阳能电池产生重要影响。"研究人员说，这种双重沉积技术可以为开发更多基于全无机包晶或其他卤化物包晶成分的太阳能电池铺平道路。研究人员说，除了将该技术扩展到不同的成分外，未来的工作还包括使目前的相位异质结电池在实际条件下更加耐用，并将其扩展到传统太阳能电池板的尺寸。Dzade说："有了这种方法，我们相信在不久的将来，这种材料的效率应该可以超过25%。一旦我们做到了这一点，商业化就指日可待了。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1392487.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1392487.htm