據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)1月8日（北京時間）報道，美國諾特丹大學(xué)的科學(xué)家日前發(fā)現(xiàn)一種廉價的無機材料，能夠取代鈣鈦礦太陽能電池中昂貴的有機空穴導(dǎo)體，讓這種高效的太陽能電池更加便宜。相關(guān)論文發(fā)表在《美國化學(xué)學(xué)會會刊》上。

鈣鈦礦太陽能電池是當(dāng)今最有前途的幾種光伏技術(shù)之一，其理論轉(zhuǎn)化效率最高可達(dá)50%，為目前市場上太陽能電池轉(zhuǎn)化效率的兩倍，能大幅降低太陽能電池的使用成本。雖然鈣鈦礦材料相對便宜，但用其制造太陽能電池還需要用到一種名為spiro-OMeTAD的有機空穴導(dǎo)電聚合物，其市場價格是黃金的10倍以上。

新研究中，美國諾特丹大學(xué)的杰佛瑞·克里斯、雷蒙德·豐和普拉什特·卡瑪特發(fā)現(xiàn)用碘化銅制成的無機空穴導(dǎo)電材料可以替代spiro-OMeTAD。

克里斯說：“新發(fā)現(xiàn)的無機空穴導(dǎo)電材料比以往的可替代材料都便宜得多，有望進(jìn)一步降低這種太陽能電池的制造成本。”

鈣鈦礦是一類具有特定晶體結(jié)構(gòu)的材料，對太陽能電池的制造而言，這種結(jié)構(gòu)具有天然優(yōu)勢：較高的電荷載體遷移率和較好的光線擴(kuò)散性能，使光電轉(zhuǎn)換過程中的能量損失極低。雖然碘化銅能夠充當(dāng)鈣鈦礦太陽能電池中的空穴導(dǎo)體現(xiàn)在才被證明，但銅系導(dǎo)體之前就被認(rèn)為能夠在染料敏化太陽能電池和量子點太陽能電池中充當(dāng)重要角色，而最具吸引力的是它們優(yōu)良的導(dǎo)電性能。碘化銅導(dǎo)體的導(dǎo)電率比spiro-OMeTAD高兩個數(shù)量級，這使其能達(dá)到更高的填充系數(shù)，也決定了用其制成的太陽能電池具有更大的功率。但目前的研究結(jié)果表明，包含碘化銅的鈣鈦礦太陽能電池，在轉(zhuǎn)化效率上暫時不及原有技術(shù)。研究人員認(rèn)為這可能與其較低的電壓相關(guān)。這一點未來有望通過降低其較高的重組率來彌補。

研究人員發(fā)現(xiàn)，碘化銅太陽能電池還表現(xiàn)出一個優(yōu)勢，就是其良好的穩(wěn)定性。實驗結(jié)果顯示，經(jīng)過兩小時的連續(xù)光照后，碘化銅太陽能電池的電流絲毫沒有降低，而spiro-OMeTAD太陽能電池所產(chǎn)生的電流則下降了10%。這一點對太陽能電池而言至關(guān)重要。克里斯說，下一步他們將對實驗步驟進(jìn)行優(yōu)化，以使其實現(xiàn)更高的轉(zhuǎn)化效率。

廉價與高效，太陽能電池產(chǎn)業(yè)要提高其在能源結(jié)構(gòu)中的比重，就必須同時滿足這兩個條件，而答案就是新材料。本研究又是一個讓業(yè)界興奮的發(fā)現(xiàn)，成本降低意味著商業(yè)化藍(lán)圖的膨脹。但這很可能不是終極方案，畢竟鈣鈦礦太陽能電池只用了4年時間，就將有效轉(zhuǎn)換率從3.8%提升到現(xiàn)有水平，我們還有更多的已知和未知的材料可以試驗，也還有更多的想象空間。