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钙钛矿助力太阳能发电

发布日期:2015-04-27

多伦多大学的工程师们率先研究了单晶钙钛矿材料的新应用。工程师们使人们对太阳能吸收材料有了新的理解,该材料使太阳能电池板和发光二极管更便宜更高效。

被称为钙钛矿的材料善于吸收可见光,但其作为完美的单晶体尚未被详细地研究。

利用新技术,研究者们制成了大块纯钙钛矿晶体,并研究了在光电转化过程中,电子在材料中如何运动。

安装在恒温器上的橙色纯钙钛矿晶体。(来源:多伦多大学工程学院)

多伦多大学的爱德华·罗杰斯高级电子和计算机工程系教授Ted Sargent和阿卜杜拉国王科技大学教授Osman Bakr领导的研究小组,结合激光技术测定了钙钛矿材料的特性。通过记录在材料中快速移动的电子,可以测定在无材料缺陷的条件下,电子的运动长度以及在材料中的运动速率。他们的工作发表在近期出版的Science杂志上。

“我们的工作证实了钙钛矿材料在收集太阳能方面的潜在能力,”Sargent小组博士后研究员Riccadrdo Comin说,“应用这种材料,人们在为获得最高使用效率而竞争,并且我们的结果证明发展将会持续进行下去”。

一位艺术家绘制的有机三卤化铅钙钛矿晶体原子模型。在室温条件下,研究人员已成功地制造出这些高质量的钙钛矿单晶体。该晶体有效地将光转换成可很长距离移动的载流子,由于晶体具有极低的缺陷,运动长度超过10微米。这项研究表明如果提升材料纯度,有机三卤化铅钙钛矿材料光电池将获得进一步突破;也表明钙钛矿晶体在半导体和光电设备领域内,具有广泛的应用前景。(来源:阿卜杜拉国王科技大学)

近年来,钙钛矿材料使用效率已超过20%,接近那些目前大范围使用的,已安装在西班牙沙漠和加利福尼亚房顶的商用硅太阳能电池板。

“从效率上来说,钙钛矿材料将要接近传统的商业化材料,”Sargent小组博士生申请者兼论文的第一作者Valerio Adinolfi说,“鉴于其制造的便捷性,它们具有可降低太阳能发电成本的潜力。”

研究者Valerio Adinolfi (左) 和 Riccardo Comin在测试钙钛矿晶体。在薄膜太阳能技术方面,该材料正吸引着大家的兴趣,但其作为完美的单晶体还未被研究。(来源:密歇根大学工程学院)

该研究预示着绿色能源,和光学领域的创新。将钙钛矿晶体设计成太阳能平板玻璃:光照射到晶体表面后被吸收,激活材料中的电子。那些电子很轻易地穿过晶体到达一端的电学器件,形成电流。现在逆向思考:给太阳能平板充电,注入电子,会释放光能。这种更有效的电-光转换方式意味着钙钛矿晶体可以开辟出节能LED的新领域。

与此同时Sargent小组研究,名为胶体量子点的纳米工程太阳能吸收颗粒。“钙钛矿晶体是优秀的可见光吸收材料,而胶体量子点更善于吸收红外线”Sargent教授说道。“由于太阳光具有很宽的可见光和红外光谱,这些材料在吸收太阳能方面是高度互补的。”

“未来,我们会探索更多太阳能吸收材料,”Comin博士说,“结合钙钛矿晶体和胶体量子点技术来提升吸收效率,非常有发展前景。”


文章来源:新材料在线





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