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 鈣鈦礦材料可以回收輕質(zhì)顆粒-這一發(fā)現(xiàn)可能會(huì)導(dǎo)致新一代價(jià)格適中的高性能太陽(yáng)能電池。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，一種很有前途的材料，稱(chēng)為混合鹵化鈣鈦礦，可以回收光。他們相信這一發(fā)現(xiàn)可以大大提高太陽(yáng)能電池的效率。

雜化鹵化鈣鈦礦是一組特殊的合成材料，它們已成為科學(xué)研究的主題，因?yàn)樗鼈兯坪跤型谔?yáng)能領(lǐng)域掀起一場(chǎng)革命。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池既便宜又易于生產(chǎn)，但在短短幾年內(nèi)，其能效幾乎與目前大多數(shù)家用太陽(yáng)能電池板中所使用的硅一樣高。

通過(guò)顯示它們也可以進(jìn)行優(yōu)化以回收光，這項(xiàng)新研究表明這可能僅僅是個(gè)開(kāi)始。太陽(yáng)能電池通過(guò)吸收來(lái)自太陽(yáng)的光子產(chǎn)生電荷而工作，但是該過(guò)程也相反，因?yàn)楫?dāng)電荷重新結(jié)合時(shí)，它們可以產(chǎn)生光子。研究表明，鈣鈦礦細(xì)胞具有再吸收這些再生光子的額外能力，這一過(guò)程稱(chēng)為“光子回收”。這會(huì)在單元內(nèi)部產(chǎn)生集中效果，就好像使用透鏡將大量光聚焦在一個(gè)點(diǎn)上一樣。

根據(jù)研究人員的說(shuō)法，這種回收光子的能力可以相對(duì)輕松地加以利用，以創(chuàng)建能夠突破太陽(yáng)能電池板能效極限的電池。

這項(xiàng)研究建立在既定的合作基礎(chǔ)之上，不僅關(guān)注這些材料在太陽(yáng)能電池中的用途，而且還關(guān)注發(fā)光二極管的用途，并由卡文迪許物理學(xué)教授，圣約翰學(xué)院院士Rid Friend進(jìn)行。劍橋大學(xué)。這項(xiàng)研究是與牛津大學(xué)的Henry Snaith和阿姆斯特丹的AMOLF的FOM學(xué)院的Bruno Ehrler團(tuán)隊(duì)合作進(jìn)行的。

Felix Deschler是這項(xiàng)研究的相應(yīng)作者之一，與卡文迪許實(shí)驗(yàn)室的鈣鈦礦研究團(tuán)隊(duì)合作。他說(shuō)：“這充分證明了這種材料的質(zhì)量，為最大化太陽(yáng)能電池的效率打開(kāi)了大門(mén)。利用這種現(xiàn)象所需的制造方法并不復(fù)雜，并且應(yīng)該大大提高該技術(shù)的效率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)我們迄今為止所能達(dá)到的水平。”

基于鈣鈦礦的太陽(yáng)能電池于2012年首次進(jìn)行測(cè)試，并取得了巨大的成功，以至于在2013年，《科學(xué)雜志》將其評(píng)為年度突破之一。

從那時(shí)起，研究人員在提高這些細(xì)胞將光轉(zhuǎn)化為電能的效率方面取得了快速進(jìn)展。最近的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了大約20％的功率轉(zhuǎn)換效率-這個(gè)數(shù)字已經(jīng)可以與硅電池相比。

通過(guò)顯示基于鈣鈦礦的細(xì)胞也可以回收光子，這項(xiàng)新研究表明它們可以達(dá)到遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)此的效率。

這項(xiàng)研究在《科學(xué)》雜志上進(jìn)行了報(bào)道，涉及到將激光照射到500納米厚的碘化鈣鈦礦中。鈣鈦礦接觸時(shí)會(huì)發(fā)光，因此該團(tuán)隊(duì)能夠根據(jù)其發(fā)出的光來(lái)測(cè)量樣品內(nèi)部的光子活性。

研究人員在激光照到膠片上的附近，發(fā)現(xiàn)了近紅外光。然而，至關(guān)重要的是，還從遠(yuǎn)離激光照射樣品的位置檢測(cè)到了這種發(fā)射，以及由低能光子組成的第二種發(fā)射。

該研究的主要作者路易斯·米格爾·帕佐斯·奧頓說(shuō)：“低能成分使電荷能夠長(zhǎng)距離傳輸，但除非回收光子，否則高能成分將不存在。” “回收是硅等材料根本沒(méi)有的一種品質(zhì)。這種效果將很多電荷集中在很小的體積內(nèi)。這些是由入射光子與材料本身制造的光子的組合產(chǎn)生的，這就是提高其能量效率的原因。”

作為研究的一部分，PazosOutón還制造了鈣鈦礦型背接觸式太陽(yáng)能電池的首個(gè)演示。事實(shí)證明，這種單電池能夠從激光接觸點(diǎn)傳輸超過(guò)50微米的電流。距離遠(yuǎn)大于研究人員的預(yù)期，并且是樣品內(nèi)發(fā)生多次光子循環(huán)事件的直接結(jié)果。

現(xiàn)在，研究人員認(rèn)為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率可能比迄今為止高得多。通訊作者Rid Friend表示：“我們能夠證明光子在我們自己的電池中發(fā)生了循環(huán)，這一事實(shí)尚未得到優(yōu)化以產(chǎn)生能量，這是非常有希望的。” “如果我們能夠利用這一點(diǎn)，將會(huì)在能源效率方面帶來(lái)巨大的收益。”