一個(gè)國(guó)際研究小組已經(jīng)開發(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：“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。”

學(xué)者們說，他們用來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。

他們使用紫外-可見光譜（UV-Vis）來比較他們的太陽(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：“由于我們使用的銫的最佳濃度只有0.05M，所以摻雜過程可以以低成本進(jìn)行。”

研究人員總結(jié)說：“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。