由倫敦大學(xué)學(xué)院研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一個國際團(tuán)隊開發(fā)了耐用的新型太陽能電池，能夠有效地從室內(nèi)光線中收集能量，這意味著鍵盤、遙控器、警報器和傳感器等設(shè)備很快就會無電池。

該團(tuán)隊使用了一種叫做鈣鈦礦的材料，這種材料越來越多地用于室外太陽能電池板，與傳統(tǒng)的硅基太陽能電池板不同，它有可能在室內(nèi)使用，并且可以調(diào)整其成分以更好地吸收室內(nèi)光的特定波長。

然而，鈣鈦礦的一個主要缺點(diǎn)是它的晶體結(jié)構(gòu)中存在微小的缺陷（稱為陷阱），可能導(dǎo)致電子在利用其能量之前被卡住。這些缺陷不僅會中斷電流，還會導(dǎo)致材料隨著時間的推移而降解。

在發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》雜志上的一項研究中，該團(tuán)隊描述了他們?nèi)绾问褂没瘜W(xué)品組合來減少這些缺陷，從而有可能使鈣鈦礦室內(nèi)太陽能電池板變得可行。

該團(tuán)隊表示，他們設(shè)計的鈣鈦礦光伏發(fā)電的效率大約是最好的商用室內(nèi)太陽能電池的六倍。它們比其他鈣鈦礦器件更耐用，預(yù)計可以使用五年或更長時間，而不僅僅是幾周或幾個月。

資深作者、倫敦大學(xué)學(xué)院材料發(fā)現(xiàn)研究所副教授 Mojtaba Abdi Jalebi 博士表示：“數(shù)十億需要少量能源的設(shè)備依賴于電池更換——這是一種不可持續(xù)的做法。隨著物聯(lián)網(wǎng)的擴(kuò)展，這個數(shù)字還會增長。

“目前，從室內(nèi)光中捕獲能量的太陽能電池既昂貴又低效。我們專門設(shè)計的鈣鈦礦室內(nèi)太陽能電池可以比商業(yè)電池收集更多的能量，并且比其他原型更耐用。它為由我們生活中已經(jīng)存在的環(huán)境光供電的電子產(chǎn)品鋪平了道路。

“我們目前正在與行業(yè)合作伙伴討論擴(kuò)大戰(zhàn)略和商業(yè)部署。鈣鈦礦太陽能電池的優(yōu)勢在于成本低——它們使用地球上豐富的材料，只需要簡單的加工。它們可以像報紙一樣印刷。

早期鈣鈦礦太陽能電池的一個問題是材料及其與電荷收集層界面中的高陷阱密度，這擾亂了電荷流動并導(dǎo)致能量以熱量形式損失。

研究小組引入了一種化學(xué)物質(zhì)氯化銣，它以最小的應(yīng)變促進(jìn)鈣鈦礦晶體更均勻的生長，從而降低了這些陷阱的密度。

添加了另外兩種化學(xué)物質(zhì)來穩(wěn)定兩種類型的離子（碘離子和溴化物離子），防止它們遷移并聚集成不同的相，隨著時間的推移，這會降低太陽能電池的性能，再次通過破壞電荷流通過材料。

主要作者、倫敦大學(xué)學(xué)院材料發(fā)現(xiàn)研究所博士生黃思明說：“具有這些微小缺陷的太陽能電池就像切成碎片的蛋糕。通過多種策略的組合，我們把這個蛋糕重新拼在一起，讓電荷更容易通過它。我們添加的三種成分具有協(xié)同效應(yīng)，產(chǎn)生的綜合效果大于各部分的總和。

該團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，他們的太陽能電池將 37.6% 的室內(nèi)光（1,000 勒克斯——相當(dāng)于光線充足的辦公室）轉(zhuǎn)化為電能，這是此類針對室內(nèi)光優(yōu)化的太陽能電池的世界紀(jì)錄，即帶隙為 1.75 eV（電子伏特）。

研究人員還測試了太陽能電池，看看它們隨著時間的推移抵抗退化的能力。

100 多天后，新設(shè)計的電池保留了 92% 的性能，而對照設(shè)備（缺陷未減少的鈣鈦礦）僅保留了其初始性能的 76%。

在 55°C 下連續(xù)強(qiáng)光 300 小時的嚴(yán)酷測試中，新型太陽能電池保留了 76% 的性能，而控制設(shè)備則下降到 47%。