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太阳能电池:三层晶体产生一千倍的功率

来源:HQBUY 发布时间:2021-07-21

摘要: 如果三种不同的材料在晶格中周期性排列,铁电晶体的光伏效应可以增加 1,000 倍。马丁路德大学哈雷-维滕贝格 (MLU) 的研究人员在一项研究中揭示了这一点。他们通过创造钛酸钡、钛酸锶和钛酸钙的结晶层来实现这一目标,它们交替放置在彼此的顶部。

如果三种不同的材料在晶格中周期性排列,铁电晶体的光伏效应可以增加 1,000 倍。马丁路德大学哈雷-维滕贝格 (MLU) 的研究人员在一项研究中揭示了这一点。他们通过创造钛酸钡、钛酸锶和钛酸钙的结晶层来实现这一目标,它们交替放置在彼此的顶部。他们的发现可以显着提高太阳能电池的效率,发表在《科学进展》杂志上。



目前大多数太阳能电池都是基于硅的;然而,它们的效率是有限的。这促使研究人员研究新材料,例如钛酸钡等铁电体,钛酸钡是一种由钡和钛制成的混合氧化物。“铁电意味着材料在空间上分离了正电荷和负电荷,”来自 MLU 创新能力中心 SiLi-nano 的物理学家 Akash Bhatnagar 博士解释说。“电荷分离导致不对称结构,使光能产生电能。” 与硅不同,铁电晶体不需要所谓的 pn 结来产生光伏效应,换句话说,不需要正掺杂层和负掺杂层。这使得生产太阳能电池板变得更加容易。


然而,纯钛酸钡不会吸收太多阳光,因此产生的光电流相对较低。最新研究表明,将不同材料的极薄层组合在一起可显着提高太阳能产量。“这里重要的是铁电材料与顺电材料交替使用。虽然后者没有分离的电荷,但它可以在某些条件下变成铁电体,例如在低温下或其化学结构略有改变时,”解释说巴纳加尔。


Bhatnagar 的研究小组发现,如果铁电层不仅与一个,而且与两个不同的顺电层交替,光伏效应会大大增强。Yeseul Yun,博士 MLU 的学生和该研究的第一作者解释说:“我们将钛酸钡嵌入钛酸锶和钛酸钙之间。这是通过用高功率激光蒸发晶体并将它们重新沉积在载体基板上来实现的。这产生了一种材料500 层,大约 200 纳米厚。”


在进行光电测量时,用激光照射新材料。结果甚至让研究小组感到惊讶:与类似厚度的纯钛酸钡相比,电流强了 1,000 倍——尽管作为主要光电元件的钛酸钡的比例减少了近三分之二. “晶格层之间的相互作用似乎导致了更高的介电常数——换句话说,由于光子的激发,电子能够更容易地流动,”Akash Bhatnagar 解释道。测量结果还表明,这种影响非常强大:在六个月的时间内几乎保持不变。


现在必须进行进一步的研究,以准确找出导致出色光电效应的原因。Bhatnagar 相信新概念所展示的潜力可用于太阳能电池板的实际应用。“与纯铁电体相比,层状结构在所有温度范围内都显示出更高的产量。晶体也明显更耐用,不需要特殊包装。”


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