下一代太阳能电池可能很快就会为无电池设备收集室内光线

由伦敦大学学院研究人员领导的一个国际团队开发了耐用的新型太阳能电池，能够有效地从室内光线中收集能量，这意味着键盘、遥控器、警报器和传感器等设备很快就会无电池。

该团队使用了一种叫做钙钛矿的材料，这种材料越来越多地用于室外太阳能电池板，与传统的硅基太阳能电池板不同，它有可能在室内使用，并且可以调整其成分以更好地吸收室内光的特定波长。

然而，钙钛矿的一个主要缺点是它的晶体结构中存在微小的缺陷（称为陷阱），可能导致电子在利用其能量之前被卡住。这些缺陷不仅会中断电流，还会导致材料随着时间的推移而降解。

在发表在《先进功能材料》杂志上的一项研究中，该团队描述了他们如何使用化学品组合来减少这些缺陷，从而有可能使钙钛矿室内太阳能电池板变得可行。

该团队表示，他们设计的钙钛矿光伏发电的效率大约是最好的商用室内太阳能电池的六倍。它们比其他钙钛矿器件更耐用，预计可以使用五年或更长时间，而不仅仅是几周或几个月。

资深作者、伦敦大学学院材料发现研究所副教授 Mojtaba Abdi Jalebi 博士表示：“数十亿需要少量能源的设备依赖于电池更换——这是一种不可持续的做法。随着物联网的扩展，这个数字还会增长。

“目前，从室内光中捕获能量的太阳能电池既昂贵又低效。我们专门设计的钙钛矿室内太阳能电池可以比商业电池收集更多的能量，并且比其他原型更耐用。它为由我们生活中已经存在的环境光供电的电子产品铺平了道路。

“我们目前正在与行业合作伙伴讨论扩大战略和商业部署。钙钛矿太阳能电池的优势在于成本低——它们使用地球上丰富的材料，只需要简单的加工。它们可以像报纸一样印刷。

早期钙钛矿太阳能电池的一个问题是材料及其与电荷收集层界面中的高陷阱密度，这扰乱了电荷流动并导致能量以热量形式损失。

研究小组引入了一种化学物质氯化铷，它以最小的应变促进钙钛矿晶体更均匀的生长，从而降低了这些陷阱的密度。

添加了另外两种化学物质来稳定两种类型的离子（碘离子和溴化物离子），防止它们迁移并聚集成不同的相，随着时间的推移，这会降低太阳能电池的性能，再次通过破坏电荷流通过材料。

主要作者、伦敦大学学院材料发现研究所博士生黄思明说：“具有这些微小缺陷的太阳能电池就像切成碎片的蛋糕。通过多种策略的组合，我们把这个蛋糕重新拼在一起，让电荷更容易通过它。我们添加的三种成分具有协同效应，产生的综合效果大于各部分的总和。

该团队发现，他们的太阳能电池将 37.6% 的室内光（1,000 勒克斯——相当于光线充足的办公室）转化为电能，这是此类针对室内光优化的太阳能电池的世界纪录，即带隙为 1.75 eV（电子伏特）。

研究人员还测试了太阳能电池，看看它们随着时间的推移抵抗退化的能力。

100 多天后，新设计的电池保留了 92% 的性能，而对照设备（缺陷未减少的钙钛矿）仅保留了其初始性能的 76%。

在 55°C 下连续强光 300 小时的严酷测试中，新型太阳能电池保留了 76% 的性能，而控制设备则下降到 47%。