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研究人员通过使用硅纳米颗粒提高钙钛矿太阳能电池的效率

文章来源：未知更新时间：2018-09-10 15:20:08

一个国际研究团队通过使用具有良好光吸收性能的材料，提高钙钛矿太阳能电池的效率。该研究首次使用了硅纳米颗粒。这种纳米颗粒可以捕获电池活性层宽度范围波长的光。此外，颗粒本身不吸收光并且不与电池的其他元件相互作用，从而能够良好的保持稳定性。

该研究已发表在Advanced Optical Materials杂志上。

在过去几年中，钙钛矿太阳能电池被广泛的研究及使用。复合材料的研究及发展使科学家们能够创造出廉价，高效且易于使用的太阳能电池。唯一的问题是钙钛矿层的厚度不应超过几百纳米，但这确导致薄钙钛矿吸收的太阳光入射光子量较少。

鉴于此，研究人员必须找到一种方法在不增加其厚度的前提下，增强吸收钙钛矿层的光捕获性能。为此，研究人员使用金属纳米粒子。由于表面等离子体激发，这种颗粒具有良好的光吸收能力，但是仍然具有显着的缺点。例如，它们自身会吸收一些能量，使电池加热从而导致损坏。ITMO大学与圣彼得堡国立大学的研究团队通过合作，提出通过使用硅纳米粒子来解决这些问题。

ITMO物理与工程学院的研究生Aleksandra Furasova 表示：“介电粒子不吸收光线，因此它们不会升温。而且它们具有良好的化学惰性，因此不会影响电池的稳定性。此外，这种粒子具有高度共振性，可以吸收更多波长的光线。由于特殊的纳米结构，它们不会破坏电池的结构。这些优点使我们能够将电池的效率提高到近19％。相比较于之前的研究报道，该特殊钙钛矿材料的结果表现的最佳”。

根据科学家的说法，该研究首次使用硅纳米粒子来增强吸收上层的光捕获特性。硅纳米粒子已经超过了等离子体。科学家希望深入研究纳米粒子与光的相互作用，以及它们在钙钛矿太阳能电池中的应用，从而取得更大的突破。

“该研究中，我们使用了MAPbI3钙钛矿，从而能够详细研究共振硅纳米粒子如何影响钙钛矿太阳能电池。现在我们可以进一步尝试将这些粒子用于其他类型的钙钛矿，以提高效率和稳定性。除此之外，还可以通过改性纳米颗粒，以增强其光学和传输性质。

ITMO混合纳米光子学和光电子实验室负责人Sergey Makarov表示：“更重要的是，硅纳米颗粒非常便宜且易于生产。因此，这种方法可以很容易地在太阳能电池生产中使用。”

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