?日本大阪大學(xué)與京都大學(xué)2016年8月4日宣布開發(fā)出了一種新方法，可結(jié)合使用數(shù)據(jù)科學(xué)性統(tǒng)計法，針對作為新一代太陽能電池而備受期待的鈣鈦礦太陽能電池，快速評估空穴輸送材料(將生成的空穴運送至電極)的性能。與以往的元件評估相比，能以不到其1/10的時間進(jìn)行快速而穩(wěn)定的評估。
鈣鈦礦太陽能電池由吸收光之后變成電荷(空穴和電子)的鈣鈦礦層、將空穴和電子分別分到陽極和陰極的空穴輸送層等構(gòu)成。目前，這種電池的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到了可與無機(jī)太陽能電池匹敵的22%，而且隨著這種電池對印刷工藝和低溫工藝的不斷適應(yīng)，價格也越來越低，重量越來越輕，因此成有望投入實用的新一代太陽能電池。但要提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，高性能電荷輸送層的開發(fā)十分重要，而元件的性能牽涉到很多因素，因此，由有機(jī)高分子(聚合物)或低分子材料構(gòu)成的空穴輸送層的開發(fā)和性能評估要花費很長時間，而且必須進(jìn)行反復(fù)實驗。
此次開發(fā)的方法可利用將智能手機(jī)通信及微波爐等使用的微波和生產(chǎn)精密部件時使用的短脈沖激光組合到一起的測量裝置，2017澳大利亞國際太陽能及儲能展覽會直接評估從鈣鈦礦發(fā)電層到空穴輸送層的空穴移動效率。而且，還通過融合數(shù)據(jù)科學(xué)性統(tǒng)計法，提取了“決定性能的變量”。研究人員發(fā)現(xiàn)，初期空穴移動效率和移動速度的乘積與太陽能電池元件的短路電流密度的關(guān)系最為密切，今后開發(fā)和評估新空穴輸送材料將變得更加容易。
此外研究人員還發(fā)現(xiàn)，不僅是高分子的種類，有無添加劑以及暴露到空氣中的時間長短也會對空穴移動效率產(chǎn)生影響。鈣鈦礦太陽能電池不僅會因為與空氣中的水分發(fā)生反應(yīng)而劣化，而且，光照及氧氣的影響有時也會使性能隨著時間的推移而提高，這是這種太陽能電池特性中的一個未解之謎。此次，空穴移動效率隨著暴露于空氣中的時間推移而逐漸上升的特性首次實現(xiàn)了定量化，有望為解開其他未解之謎提供線索。
目前轉(zhuǎn)換效率最高的鈣鈦礦太陽能電池含有對人體和環(huán)境有害的鉛，因此，非鉛鈣鈦礦太陽能電池的開發(fā)備受關(guān)注。但目前非鉛類電池的轉(zhuǎn)換效率很低，耐久性及穩(wěn)定性也存在很多問題。除了此次研究確立的指標(biāo)之外，還可以運用材料信息學(xué)(MaterialsInformatics)，有效地探索電荷輸送層的新材料。
另外，鈣鈦礦太陽能電池還存在長期劣化機(jī)構(gòu)、滯后(Hysteresis)等諸多未解之謎。以此次的研究為立足點，給出實驗性的解答，并進(jìn)一步對新一代太陽能電池等利用太陽能的多樣性能源轉(zhuǎn)換材料進(jìn)行性能診斷，可以加快提高元件性能和查明基礎(chǔ)物性的研究。
此次的研究是作為日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)(JST)戰(zhàn)略性創(chuàng)造研究推進(jìn)業(yè)務(wù)的一環(huán)實施的。研究成果已于2016年8月2日發(fā)表在美國化學(xué)學(xué)會的期刊《ACSPhotonics》的網(wǎng)絡(luò)版上。
