研究人员发现扩大太阳能电池温度稳定性范围的方法

尽管有潜力利用太阳的能量为世界供电，太阳是最丰富的可再生能源，但目前仅约1%的世界能源生产是通过太阳能电池技术实现的。这是因为太阳能电池的生产成本高昂，并且随着时间的流逝会降低效率。

因此，科学家继续寻找可以克服这些缺陷的新型太阳能电池材料。最有前途的一种是2009年发现的一类材料：有机-无机钙钛矿杂化材料或HOIPs。

与传统的硅基电池相比，这些材料极其轻巧，柔性好，生产成本低廉。将太阳能从太阳能转换为电能的效率达到22%(或更高)，它们已接近硅电池25%的能量产生效率。HOIP的独特之处还在于，它们可以作为薄薄的喷涂层或涂料层应用到表面上，当电气连接时，可以在各种设置和应用中使用，从屋顶到车辆再到背包。

但是-总是有一个“ but”-HOIP有点不稳定，因为它们的质量相当快地下降，并且特别容易受到温度变化的影响。这是因为这些材料的原子结构会随温度变化而改变，并且只有特定类型的分子结构才能用作太阳能电池-具有从太阳中捕获能量并将其转化为电能的能力。

但是，弗吉尼亚大学的科学家和工程师与NIST中子研究中心，橡树岭国家实验室和康奈尔大学的同事们，在理解这些细胞在各种“结构”中如何工作的基本物理学方面取得了新进展。相变。”

他们在10月21日发表在《科学进展》杂志上的一篇论文中详细介绍了他们的发现，他们确定了结构中的有机分子如何在相变的发生中起关键作用。

通过使用中子散射实验和计算机模拟对材料进行微观探测，他们发现了在温度变化期间显着扩展太阳能电池所需结构的稳定范围的方法。该结果可能会加速设计在宽温度范围内高效且稳定，同时保持廉价生产的太阳能电池材料的设计过程，从而可能彻底改变太阳能电池技术。

UVA物理学家Seung-Hun Lee与同事UVA化学工程师Joshua J. Choi共同领导了这项研究，他说：“这为释放基于HOIP的太阳能电池在实际应用中的全部潜力提供了新的机会。”

在分子水平上的物理洞察力使研究人员能够稳定材料在各种结构相中的特性。

Choi说：“在更宽的温度范围内提高的稳定性将使HOIP太阳能电池的应用成为可能，即使在极端条件下，例如在较冷环境下运行的航天器和飞机上也是如此。”

HOIP可能特别适用于需要轻质太阳能电池材料的情况，例如为战场上的步兵，背包客，自主或远程控制的高空无人机以及人造卫星供电的电子设备供电。

Lee和Choi认为，HOIP或这些材料的某些变体将在不久的将来以廉价墨水的形式出现，这些墨水可以印刷到纸或塑料卷上，然后用作各种个人电子用途的柔性轻质太阳能电池。