2023-10-31 19:41
伊朗塔比亞特莫達雷斯大學(TMU)的研究人員最近在鈣鈦礦太陽能電池領域取得了重要突破。他們開發了一種使用單壁碳納米管(SWCNT)空穴傳輸層(HTL)的新型電池結構，顯著提高了太陽能電池的效率。
鈣鈦礦太陽能電池因其高效轉換太陽能為電能的能力而受到廣泛關注。然而，這種電池的穩定性問題一直是阻礙其商業化應用的主要障礙。為了解決這一問題，TMU的研究團隊采用了一種創新的方法，即使用硫化鉛膠體量子點(PbS-CQD)包圍單壁碳納米管。
單壁碳納米管是一種扭曲的石墨烯片空心圓柱體，具有優異的電子傳輸性能。研究人員發現，將PbS-CQDs材料包圍在納米管周圍可以增強電池對陽光的吸收能力，從而提高能量轉換效率。此外，由于PbS-CQDs材料中載流子的壽命接近2000納秒，這會導致結構中電子和空穴的復合減少，進而導致系統中開路電壓的增加。
研究人員使用碳接觸構建了這種新型電池，其中SWCNT充當空穴傳輸層(HTL)。該電池的結構包括使用MAPbI3鈣鈦礦材料的吸收器、二氧化鈦(TiO2)電子傳輸層(ETL)和由氧化銦錫(ITO)組成的頂部觸點。
在確定了最佳的SWCNT長度和HTL高度后，研究小組開始將相鄰晶胞的納米管之間的中心距(CCD)從5 nm掃描到30 nm。他們發現，具有上述特性的所選單壁碳納米管的帶隙等于1.3 eV。
研究小組確定，最佳電池配置和性能是由完全包圍SWCNT的PbS-CQD產生的，HTL高度設置為800 nm。
最終的電池設計在仿真的支持下，實現了19.98%的功率轉換效率、0.94 V的開路電壓、24.45 mA/cm2的短路電流密度和86%的填充因子。這一突破性成果不僅解決了鈣鈦礦穩定性問題，也為其在工業領域的廣泛應用打開了新的可能。
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