室内光线是数十亿小型电子设备尚未开发的能源,遥控器、键盘等设备虽处于光照环境,却依赖需更换的电池。随着物联网兴起,连接设备数量增长,更换电池成本高、耗人力且破坏环境。能捕捉室内光线的太阳能电池可解决此问题,利用现有能源维持设备运行,无需一次性电源。然而,现有室内太阳能电池价格昂贵、效率低下,尚未大规模应用。

由伦敦大学学院(UCL)领导、与中国和瑞士研究人员合作的团队,开发出基于钙钛矿的太阳能电池,比市售室内替代品更高效、耐用。
钙钛矿是低成本材料,在户外太阳能电池板领域前景良好,能吸收特定波长光,适用于光线较暗环境,但存在微小结构缺陷(陷阱),会阻挡电子并随时间降低性能。伦敦大学学院研究小组采用三部分化学方法解决该问题:添加氯化铷促进钙钛矿晶体均匀生长,减少陷阱数量;使用 N,N-二甲基辛基碘化铵(DMOAI)和苯乙基氯化铵(PEACl)两种有机铵盐稳定材料离子,防止分离成不同相影响效率。
伦敦大学学院材料发现研究所副教授 Mojtaba Abdi Jalebi 博士称,数十亿设备依赖更换电池是不可持续做法,钙钛矿还具有使用地球上丰富材料、可通过简单印刷工艺制造的优势。
通过改进,该团队发明的室内太阳能电池可将 1000 勒克斯(约光线充足办公室亮度)光的 37.6%转化为电能,比最好的商用室内太阳能电池高出约六倍。研究主要作者、伦敦大学学院博士生黄思明将未经处理的材料比作“切成小块的蛋糕”,称团队解决方案让电荷更易通过。
这些电池在压力测试中韧性出色,超过 100 天测试中性能保持 92%,未经处理的电池仅为 76%;在 55°C 强光下进行 300 小时试验,新电池效率保持 76%,对照组降至 47%。据研究人员介绍,这些设备可为室内小型电子设备供电五年以上。
目前,该团队已开始与行业合作伙伴讨论,探索扩大生产规模和实现商业化使用的方法。该研究发表在《先进功能材料》杂志上。















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