英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種新型耐用的太陽(yáng)能電池，在室內(nèi)光照條件下，創(chuàng)出光電轉(zhuǎn)換效率新紀(jì)錄。該電池有望為鍵盤、遙控器、警報(bào)器和各類傳感器等小型電子設(shè)備供電，從而使其擺脫對(duì)傳統(tǒng)電池的依賴。研究成果發(fā)表在最新一期《先進(jìn)功能材料》雜志上。

該電池采用了在室外太陽(yáng)能電池領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力的鈣鈦礦材料。與傳統(tǒng)的硅基太陽(yáng)能電池不同，鈣鈦礦材料的成分可被調(diào)控，從而可優(yōu)化其對(duì)室內(nèi)光源特定波長(zhǎng)的吸收能力，并使其在低光照條件下依然具備良好的能量轉(zhuǎn)換效率。然而，鈣鈦礦材料長(zhǎng)期面臨一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)是，其晶體結(jié)構(gòu)中存在被稱為“陷阱”的微觀缺陷，這些缺陷會(huì)捕獲電子，阻礙電流流動(dòng)，不僅降低能量轉(zhuǎn)換效率，還會(huì)加速材料老化，導(dǎo)致器件性能迅速衰退。

圖片:384193_a46e44d4-9b12-4e21-b1b9-399281bcac55copy.png

研究團(tuán)隊(duì)展示新型太陽(yáng)能電池板

此次設(shè)計(jì)的新型鈣鈦礦光伏器件，在室內(nèi)光照條件下，能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到商用同類產(chǎn)品6倍左右，同時(shí)展現(xiàn)出優(yōu)異的耐久性，預(yù)計(jì)使用壽命可超過5年，遠(yuǎn)超此前多數(shù)實(shí)驗(yàn)室原型僅能維持?jǐn)?shù)周或數(shù)月的表現(xiàn)。

團(tuán)隊(duì)表示，全球有數(shù)十億臺(tái)低功耗設(shè)備需定期更換電池，這種模式在可持續(xù)發(fā)展方面難以為繼。隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量持續(xù)增長(zhǎng)，這一問題將愈發(fā)嚴(yán)峻。目前可用于室內(nèi)光能采集的太陽(yáng)能技術(shù)往往成本高、效率低。新開發(fā)的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池不僅能量采集能力更強(qiáng)，而且更加穩(wěn)定耐用，為利用室內(nèi)光線給電子設(shè)備供電提供了切實(shí)可行的路徑。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該電池在1000勒克斯照度（相當(dāng)于典型辦公室光照水平）的室內(nèi)光下，實(shí)現(xiàn)了37.6%的光電轉(zhuǎn)換效率，創(chuàng)下帶隙為1.75eV的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在室內(nèi)光照條件下的世界紀(jì)錄。

在長(zhǎng)期穩(wěn)定性測(cè)試中，該電池在持續(xù)運(yùn)行100多天后仍保持其初始性能的92%；在更為嚴(yán)苛的條件下——55℃高溫及連續(xù)強(qiáng)光照射300小時(shí)后，新型電池仍維持76%的初始性能，而對(duì)照組性能則下降至初始值的47%。這些結(jié)果充分證明了該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中的可靠性和耐久性。