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多倫多大學(xué)應(yīng)用科學(xué)與工程學(xué)院的研究人員在Sargent Group實(shí)驗(yàn)室對(duì)倒置鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，致力于尋找一種高效節(jié)能且價(jià)格合理的替代太陽能技術(shù)。

目前，大多數(shù)太陽能電池是使用高純硅制造的，這需要消耗大量電力。多倫多大學(xué)的研究人員聲稱，他們發(fā)現(xiàn)了一種硅的潛在替代品，且不影響太陽能電池的穩(wěn)定性。

研究人員利用量子力學(xué)原理引導(dǎo)倒置鈣鈦礦太陽能電池中的活性層。Sargent實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員Hao Chen與第一作者Sam Teale、博士后研究員Bin Chen以及Yi Hou一道，將鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)倒置，實(shí)現(xiàn)替代制造技術(shù)。

據(jù)Chen表示，鈣鈦礦晶體制造時(shí)的卷對(duì)卷印刷能夠以比硅低得多的成本進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。然而，當(dāng)暴露在陽光下時(shí)，鈣鈦礦太陽能電池中原子的有序排列會(huì)失去穩(wěn)定性。

在原型鈣鈦礦太陽能電池中，電子通過電池底層的負(fù)電極移出，當(dāng)它們通過頂部正電極離開時(shí)，會(huì)留下空穴。研究人員曾逆轉(zhuǎn)這一流程以增強(qiáng)鈣鈦礦層的穩(wěn)定性。然而，電池結(jié)構(gòu)的改變影響了性能。

通過在太陽能電池上生產(chǎn)二維鈣鈦礦表面，團(tuán)隊(duì)除去了有機(jī)層，實(shí)現(xiàn)了太陽能電池鈍化。

研究人員隨后增加了鈣鈦礦層的寬度并將高度從一個(gè)晶體增加到三個(gè)晶體，用于解決電子阻斷效應(yīng)。層尺寸的變化導(dǎo)致了能量的改變，足以使電子退出，進(jìn)入外部電路。

團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過上述處理后，鈣鈦礦電池的電力轉(zhuǎn)換效率達(dá)到23.9%。即使在室溫下運(yùn)行1000小時(shí)后，效率水平也沒有下降。在使用超過500小時(shí)后，將電池暴露在65攝氏度的業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)加速老化流程中，性能的一致性程度也僅僅下降了8%。

多倫多大學(xué)團(tuán)隊(duì)致力于開發(fā)表面積更大的電池，以便研究鈣鈦礦在更高溫度下的靈活性。這項(xiàng)研究中使用的電池只有約五平方毫米大小。

論文的共同作者之一Sam Teale表示："高穩(wěn)定性和高效率的結(jié)合效果確實(shí)很突出。我們應(yīng)該記住，鈣鈦礦技術(shù)只有幾十年的歷史，而硅已經(jīng)被研究了70年。還有很多待改進(jìn)的地方"。

Mercom最近報(bào)道了加州大學(xué)洛杉磯分校工程學(xué)院科學(xué)家們的類似做法。在鈣鈦礦太陽能電池的制造流程中，他們展示了一種新的表面處理工藝并表示，新調(diào)整有助于避免電池暴露在陽光下時(shí)出現(xiàn)衰減。