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二維鈣鈦礦晶體給太陽能光伏產(chǎn)業(yè)帶來新驚喜
日期:2016-07-25   [復制鏈接]
責任編輯:july07 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
發(fā)展迅速的鈣鈦礦電池,近幾年來一直是太陽能產(chǎn)業(yè)的研究熱點。而這次美國的研究人員利用自旋鑄造技術(shù)制備了二維鈣鈦礦晶體,它又會給我們帶來怎樣的驚喜?
上圖為用二維鈣鈦礦材料制作三種大面積太陽能電池:左邊的是室溫鑄造薄膜;中間偏上的是有問題的帶隙樣本;右邊的是具有最佳能量性能的熱鑄試樣。

為了使鈣鈦礦晶體更實用于新興的太陽能產(chǎn)業(yè),來自洛斯阿拉莫斯國家實驗室、西北大學和萊斯大學的研究人員調(diào)整了晶體的生產(chǎn)方法,開發(fā)出一種新型的二維層狀鈣鈦礦,它具有優(yōu)異的穩(wěn)定性,且其功率轉(zhuǎn)換效率是之前的三倍多。萊斯大學的一位研究生Hsinhan Tsai解釋說,晶體取向二十多年來一直是個謎,這是我們第一次在實際鑄造過程中翻轉(zhuǎn)晶體,這是我們的重大突破,使用自旋鑄造技術(shù)來創(chuàng)建層狀晶體,垂直于材料的電子流未被有機陽離子封鎖。Hsinhan Tsai在洛斯阿拉莫斯國家實驗室協(xié)助高級研究員Aditya Mohite工作,并領(lǐng)導一個合作項目,該項目成果定于本周發(fā)布在Nature雜志上。

本研究是洛斯阿拉莫斯任務(wù)的一部分,包括為加強國家能源安全而開展的多學科研究,該任務(wù)還包括探索可替代能源來源。關(guān)于二維材料的制造,最初在西北地區(qū),化學系教授Mercouri G. Kanatzidis、Charles E. 、Emma H. Morrison 和Costas Stoumpos博士已探索一個有趣的二維材料,將膜定位于垂直襯底的位置。 Kanatzidis解釋說,二維鈣鈦礦在鈣鈦礦研究中開辟了一個新的維度,并為新一代穩(wěn)定的太陽能電池器件和新的光電器件如發(fā)光二極管、激光器和傳感器等開辟了新的方向。

Kanatzidis解釋說,這是協(xié)同作用的結(jié)果,我們的研究機構(gòu)之間有著非常強大的協(xié)同作用,西北大學的材料設(shè)計團隊設(shè)計并制備了該材料的高質(zhì)量樣本,試驗表明該材料是非常有前景的。生產(chǎn)太陽能電池的阿拉莫斯團隊有著高超的技能,優(yōu)化電池使其具有更好的性能。在阿拉莫斯團隊中,論文的另一個合著者Wanyi Nie表示,與現(xiàn)有的三維有機-無機晶體相比,新的二維鈣鈦礦在恒定的光照且暴露在空氣中時顯得更高效、更穩(wěn)定。
目前面臨的挑戰(zhàn)是找到比三維鈣鈦礦性能更好的材料,它需要有優(yōu)良的光學性能、優(yōu)于之前材料20%的功率轉(zhuǎn)化效率。但在光、濕度和加熱條件下進行的應(yīng)力測試中,如何提高材料的性能,仍是需要解決的問題。洛斯阿拉莫斯團隊之前的工作,對三維鈣鈦礦效率恢復進行了深入觀察。在沒有光照時會超時一點,而轉(zhuǎn)向更具彈性的二維材料時,會得出更好的結(jié)果。

在之前的二維晶體研究中,由于晶體的平面排列,當有機陽離子擊中層之間的空隙時,電池的轉(zhuǎn)化效率下降到4.73%,因此西北大學失去了研究的動力。但應(yīng)用熱鑄造技術(shù)來創(chuàng)建更為線形、垂直排列的二維材料時,似乎消除了層之間的空隙,目前的轉(zhuǎn)化效率達到12%。本項目的首席研究員Mohite說道,我們嘗試生產(chǎn)單晶薄膜,不僅與光電子器件有關(guān),而且和高效發(fā)光的應(yīng)用程序也有很大關(guān)系,單晶薄膜使我們在當前的技術(shù)條件下有更強的競爭力。
 
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來源:常州印刷電子
 
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