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与铁电晶体晶格结合 太阳电池功率可提升1000倍
  发表时间:2021年08月11日  点击数:190次

  来自德国马丁路德大学Halle-Wittenberg分校(MLU)的研究人员开发了一种由三种不同层次的铁电晶体组成的晶格排列,可在太阳能电池中产生强大效应。

 

 

  研究人员认为,与铁电晶体晶格结合后,太阳能电池的功率可以提升一千倍。结合不同材料的超薄层可以将太阳能电池的光伏效应提高1000倍。研究人员通过创造钛酸钡(BaTiO3)、钛酸锶(SrTiO3)和钛酸钙(CaTiO3)结晶层实现了这一目标,这些材料被交替置于彼此顶部。

  目前,大多数太阳能电池都是硅基电池,但是,它们的效率有限。这推动了研究人员对新材料的研究,例如铁电材料钛酸钡,一种由钡和钛组成的混合氧化物。然而,纯钛酸钡不能吸收很多阳光,因而产生的光电流相对较低。

  铁电性是某些材料的一种特性,它们具有自发的电极,通过外部电场的作用可以逆转电极。

  根据MLU创新能力中心SiLi-nano的物理学家Akash Bhatnagar博士的说法,铁电性意味着材料具有空间上分离的正负电荷,电荷分离导致一种不对称的结构,这种结构可以令光生电。

  MLU研究人员的研究报告发表在《科学进展》杂志上。

  与硅不同,铁电晶体不需要所谓的pn结来产生光伏效应,换言之,没有正负掺杂层。Bhatnagar博士解释称,这使太阳能电池组件生产变得更加容易。

  他解释说,铁电材料与顺电材料的交替使用非常重要。虽然后者没有分离的电荷,但在某些条件下,如低温或当其化学结构被轻微改变时,它可以变成铁电体。

  研究小组观察到,如果铁电层不仅与一个,而且与两个不同的准电层交替,那么光伏效应会大大增强。因此,通过用高功率激光汽化晶体并将其重新放置在载体基底上,他们将BaTiO3嵌入到SrTiO3和CaTiO之间,产生了一种500层的材料,厚度约200纳米。

  在进行光电测量时,新材料被激光照亮。结果令研究人员感到惊讶,与类似厚度的纯BaTiO3相比,尽管作为主要光电成分的BaTiO3的比例减少了近三分之二,但电流强度却高出了1000多倍。

  Bhatnagar博士解释称,晶格层之间的相互作用似乎带来了更高的介电常数。测量结果显示,这种效应非常强烈,在六个月的时间里几乎保持不变。这项仍在进行当中的研究就是为了了解究竟是什么导致了这种非凡的光伏效应。

 

 

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