石墨烯和钙钛矿基太阳能电池转换效率创新高

诸平

美国化学会主办的ACS Nano杂志网站2013年12月10日已经报道了英国牛津大学物理系和数学系的研究人员合作，已经研制出中性色半透明微结构钙钛矿（perovskites）阵列的太阳能电池，该太阳能电池是由新型复合钙钛矿晶体小岛薄膜构成，具有光电转化效率高和半透明的特征。可以在玻璃上旋涂钙钛矿形成的薄膜太阳能电池，看上去呈现出浅灰色，而且是透明的。这种将采光与太阳能发电融为一体的新型太阳能电池，有望成为高楼大厦外层装饰、车辆挡风玻璃等的替代品，除了传统使用玻璃的功能之外，有增加了光电转化功能，这无疑对于拓展太阳能电池的更广泛应用意义重大。已经有博文介绍（见：太阳能电池新作：利用窗户来发电），本文介绍最新研究进展——西班牙海梅一世大学（Universitat Jaume I in Castelló）由应用物理学教授Juan Bisquert领导的光伏与光电设备（DFO）研究小组与来自牛津大学物理系的研究人员合作，已经研制出以TiO₂和石墨烯组合为基础的电荷收集器，以钙钛矿为基础的太阳光收集器，该太阳能电池可以在低温下制造而且转换效率更高。

据物理学家组织网（Phys.org）2014年1月14日报道，Juan Bisquert等人的合作研究成果已经在《纳米快报》（Nano Letters）杂志网站2013年12月16日发表——Jacob Tse-Wei Wang, James M. Ball, EvaM. Barea, Antonio Abate, JackA. Alexander-Webber, Jian Huang, Michael Saliba, Iván Mora-Sero, Juan Bisquert, Henry J. Snaith, and Robin J. Nicholas. Low-Temperature Processed Electron Collection Layers of Graphene/TiO₂ Nanocomposites in Thin Film Perovskite Solar Cells. Nano Letters, DOI: 10.1021/nl403997a，Publication Date (Web): December 16, 2013.《纳米快报》是一种专门报道纳米科学和纳米技术研究成果，在世界范围内颇有声望的科学杂志之一，2012年该刊的影响因子为13.025。Juan Bisquert等人的研究论文是DFO研究小组在2013年以钙钛矿结构为基础而开展的在科学界具有很高影响的光伏太阳能电池研究工作。钙钛矿结构是非常有效的太阳光吸收材料，将这种有前途的材料与石墨烯结合,是因为石墨烯的独特性备受科学家的关注，钙钛矿与石墨烯的结合不仅可以使多功能性得到改进，而且可以使成本降低。石墨烯是一种由碳元素组成的物质，它已经被广泛用于新的先进技术和技术应用领域,特别是在高性能锂电池、电子设备、视频屏幕等方面的应用效果截然不同一般。石墨烯作为当今世界最为热门的新材料之一，在信息技术、新能源、功能复合材料乃至生物医学等领域的应用前景极为广阔。

CONTACT DETAILS

Juan Bisquert（Email：bisquert@uji.es ）
Professor of Applied Physics
Departament de Física
Universitat Jaume I
12071 Castelló de la Plana

Juan Bisquert等人的研究成果在太阳能电池效率方面，达到了15.6%的新记录。此转换效率已经超过了被认为是光伏材料中最优秀的石墨烯和硅相结合而制得的太阳能电池的转换效率。这种发展也是钙钛矿太阳能电池研究取得巨大进展的一个新的里程碑,海梅一世大学的研究小组为此做出了开创性贡献。研究人员伊娃·巴里亚（Eva Barea）,伊凡·莫拉（Iván Mora）和Juan Bisquert解释说,新太阳能电池设备由在温度低于150℃的条件下处理的几层材料组成。他们也强调了这一研究对光伏能源领域的重要性,因为他们已经获得了很高的光电转换效率。此外,该太阳能电池设备在低温生产,从而有利于促进其大规模工业化生产。反过来,这一事实意味着生产成本更低，而且有可能将其用于以软塑料为基础的一些设备。更多信息请浏览原文,原文摘要如下：

The highest efficiencies in solution-processable perovskite-based solar cells have beenachieved using an electron collection layer that requires sintering at 500 °C. This is unfavorable for low-cost production, applications on plastic substrates, and multijunction device architectures. Here we report a low-cost, solution-based deposition procedure utilizing nanocomposites of graphene and TiO₂ nanoparticlesas the electron collection layers in meso-superstructured perovskite solarcells. The graphene nanoflakes provide superior charge-collection in thenanocomposites, enabling the entire device to be fabricated at temperatures nohigher than 150 °C. These solar cells show remarkable photovoltaic performance with a power conversionefficiency up to 15.6%. This work demonstrates that graphene/metal oxidenanocomposites have the potential to contribute significantly toward the development of low-cost solar cells.

领导作者简介：Juan Bisquert is full Professor of Applied Physics at Universitat Jaume I de Castelló, where he leads the Group of Photovoltaic and Optoelectronic Devices. He has published more than 270 papers in research journals. Current research activity is focused on nanoscale devices for production and storage of clean energies, in particular dye-sensitized solar cells, organic solar cells, quantum dot solar cells, and solar fuels.

Boardships
Senior Editor, the Journal of Physical Chemistry.
Advisory board, Energy and Environmental Science.
Editorial board, ChemElectroChem.
Editorial board, The Korean Electrochemical Society.