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水下钙钛矿太阳能电池取得突破

Ars Technica •
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在汉纳-巴伯拉动画片《鸟人》的一集中,这位同名英雄在一艘潜艇上努力对抗邪恶的鲨鱼博士,却因没有太阳能来补充能量而陷入困境。因此,鸟人一定会非常欣赏由云南大学 Simin Ma 领导的团队所研发的新型钙钛矿太阳能电池,因为它们被设计为可在水下工作。用钙钛矿而非硅制成的太阳能电池总是充满权衡取舍。它们可以廉价制造,可以呈现有趣的形态(如薄型、柔性、透明薄膜),并且能将更多的入射太阳能转化为电能。困难在于它们往往降解得相当快。

湿气对钙钛矿尤其具有破坏性,这使它们看似是水下太阳能电池板的一个奇怪选择。但这些材料还有另一个关键的超能力:它们可以被调谐以适用于不同波长的光。水会迅速阻挡硅太阳能电池板所吸收的光波长,但精心设计的钙钛矿电池仍能在深蓝海洋中发电。而实际上,较低的光照水平和较冷的温度应该有助于它寿命更长。调谐钙钛矿只需在生产过程中调整其部分化学组成,因此获得一种能吸收几米深处存在波长的材料并非难事。

真正的任务是使电池具有耐久性。团队发现了一种特别有效的添加剂(聚六亚甲基胍盐酸盐),它在多个方面发挥了作用。其一,它在材料周围构建了一层防水层。但该化合物的一部分还会参与钙钛矿晶格,帮助形成更大的晶体并防止离子在晶格结构中移动。该添加剂限制了钙钛矿常见的某些降解方式,同时还提高了太阳能电池的发电能力。