一個(gè)國(guó)際研究小組已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池，它使用由銫-二氧化鈦（Cs-TiO2）制成的特殊納米管，具有很強(qiáng)的熱穩(wěn)定性和增強(qiáng)的電子注入。

科學(xué)家們使用純度為99.4%，厚度為1毫米，長(zhǎng)度為50毫米的鈦板。該電池采用兩步電化學(xué)陽(yáng)極氧化工藝制備，然后在摻雜Cs基溶液后用Cs納米粒子包裹。然后將C2-TiO2納米管在450℃退火。太陽(yáng)能電池基于甲基銨三碘化鉛（CH3NH3PbI3），這是一種具有高光致發(fā)光量子產(chǎn)率的鈣鈦礦。

研究人員制造了具有規(guī)則有序結(jié)構(gòu)的納米管，他們說(shuō)這是在太陽(yáng)能電池中實(shí)現(xiàn)高水平能量轉(zhuǎn)換效率所必需的。這種效率與納米管本身的長(zhǎng)度成正比。

他們說(shuō)：“如果納米管的長(zhǎng)度在1微米（μm）到20μm之間，那么入射光子到電流的轉(zhuǎn)換效率（IPCE）就會(huì)增加，在20μm長(zhǎng)度時(shí)達(dá)到80%，從而提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率。另外，20μm是電子傳輸和獲得更高效率的合理距離?！?/p>

學(xué)者們說(shuō)，他們用來(lái)制造納米管的摻雜材料中的金屬離子具有更好的接受電子的能力。

“摻雜金屬可以很容易地捕獲傳導(dǎo)電子，從而減少電子-空穴對(duì)復(fù)合?！彼麄冋f(shuō)。

他們使用紫外-可見(jiàn)光譜（UV-Vis）來(lái)比較他們的太陽(yáng)能電池和一個(gè)類似的電池的性能，這個(gè)電池是用不摻Cs的TiO2納米管設(shè)計(jì)的。通過(guò)熱重分析（TGA）測(cè)試了兩種器件的熱性能。熱評(píng)估表明，摻雜的納米管在高達(dá)800℃的溫度下具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。他們還發(fā)現(xiàn)，在150℃左右，它們的重量大約減少了1%。

分析表明，銫原子摻雜通過(guò)減少?gòu)?fù)合反應(yīng)有效地促進(jìn)了電子傳輸。研究人員表示，基于Cs-TiO2的鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，導(dǎo)致短路電流跳變18.67%，比基準(zhǔn)電池的功率轉(zhuǎn)換效率提高22.28%。研究的主要作者H.M.AsifJaved告訴pv雜志說(shuō)：“由于我們使用的銫的最佳濃度只有0.05M，所以摻雜過(guò)程可以以低成本進(jìn)行?！?/p>

研究人員總結(jié)說(shuō)：“太陽(yáng)能電池參數(shù)的改善可以歸因于該裝置中光生載流子的提取能力增強(qiáng)?！?/p>

他們?cè)谧罱l(fā)表在《表面與界面》上的“用Cs納米粒子包裹TiO2納米管以增強(qiáng)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的電子注入和熱穩(wěn)定性”一文中描述了這種電池。研究小組成員包括來(lái)自巴基斯坦費(fèi)薩拉巴德農(nóng)業(yè)大學(xué)和國(guó)立科技大學(xué)、中國(guó)西安交通大學(xué)和江蘇大學(xué)以及沙特阿拉伯國(guó)王沙特大學(xué)的科學(xué)家。