新颖的高效低成本半透明太阳能电池问世

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科学家已经成功地开发出带有石墨烯电极的高效低成本半透明的钙钛矿太阳能电池。这项新发明的能量转换效率在12%左右。

香港理工大学发明带有石墨烯电极的半透明钙钛矿太阳能电池的能量转换效率(PCEs)在12%左右，远高于现有的半透明太阳能电池。

(图片来源:香港理工大学)

使用高效低成本的透明或者半透明太阳能电池替代目前不透明且昂贵的硅太阳能电池板已经变得越来越重要，因为不断建设集成光电(BIPV)系统的需求。香港理工大学(PolyU)应用物理系已成功开发了带有石墨烯电极的高效低成本半透明钙钛矿太阳能电池。这项新发明应用底部氟掺杂锡氧化物(FTO)和顶部石墨烯电极，其能量转换效率在12%左右，而常规半透明太阳能电池具有7%的效率，其可能的成本低于0.5港元/瓦特，与现有硅太阳能电池相比，成本降低超过50%，这将使它在未来能够得到广泛的应用。

太阳能是一种重要的可再生能源，通过光电效应，太阳能电池将直接被用来将光能直接转化成电能。第一代晶体硅太阳能电池板具有稳定的能量转换效率，但昂贵且不透明。第二代太阳能电池，即薄膜太阳能电池，重量轻且具有柔性。然而，它们由具有复杂结构的稀土材料构成，而且需要高温处理。生产高能量转换效率太阳能电池板的研究目标是方便制造且成本低，这些年来，科学家们一直在研究第三代太阳能电池。最近作为一种新型第三代太阳能电池，钙钛矿太阳能电池具有高转换效率，便于制造和低成本优势，受到了大量的关注。

为了提高太阳能转换效率和降低半透明太阳能电池板成本，香港理工大学的研究人员开发了第一个带有石墨烯电极的半透明钙钛矿太阳能电池，石墨烯是太阳能电池中透明电极的一种理想选择，具有高透明度，高导电性和可能的低成本优势。太阳能电池的半透明特性使得它能够吸收两边的光线，可广泛用在窗户、外墙、百叶窗和屋顶建筑，将太阳能转化为电能，从而充分地增加收集太阳能的表面积。

作为先进材料的石墨烯在十多年前被发现，香港理工大学创新地使用简单处理技术，来提高石墨烯的电导率以满足太阳能电池的应用要求。首先，通过覆盖一层薄薄的导电聚合物-聚(3，4-乙烯二氧噻吩):聚(聚磺化苯乙烯)(PEDOTSS)，使石墨烯的电导率得到显著提高，该聚合物作为层压工艺中钙钛矿活性层的粘接层。其次，为了进一步提高能量转化效率，香港理工大学研究人员发现，通过利用多层化学气相沉积石墨烯作为顶部透明电极来制备太阳能电池，在保持电极高透明性的同时，电极表面电阻可能会进一步降低。最后，这项新发明的性能可通过改善顶部石墨烯电极和钙钛矿膜上的空穴传递层(spiro-OMeTAD)的接触而得到进一步的优化。

由于石墨烯良好的机械灵活性和方便制备性，利用印刷或卷对卷工艺技术，香港理工大学的发明可实现半透明钙钛矿太阳能电池的大规模生产。半透明太阳能电池将填补目前主导市场的太阳能电池无法被应用的市场空白。

研究结果已被发表在材料科学一流期刊《AdvancedMaterials》上。