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新型半导体为无毒太阳能电池铺路

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-08-19 浏览次数:3
  研究人员发现了一种可用于合成钙钛矿太阳能电池的无铅半导体材料
  
  太阳能电池板对世界利用替代能源获取电力的兴趣大有裨益。然而,该技术的一个缺点是面板和电池本身是由有毒和非环境友好的材料制成的。
  
新型半导体为无毒太阳能电池铺路
 
  华盛顿大学圣路易斯分校的工程师与能源部(DoE)合作,旨在通过为无毒钙钛矿太阳能电池铺平道路的发现来帮助解决这一问题。
  
  由McKelvey工程学院机械工程和材料科学助理教授Rohan Mishra领导的团队发现了一种新的半导体,包括钾,钡,碲,铋和氧,可替代用于的铅基半导体。钙钛矿太阳能电池。
  
  钙钛矿是具有晶体结构的复合材料,长期以来被视为一种称为薄膜的太阳能电池中的主要下一代材料。该材料具有许多优于硅的优点,包括更高的效率和更低的电池生产成本。然而,这些材料通常还不像硅一样稳定,这使得研究人员开始探索材料和设计的新选择。
  
  “我们知道现有的钙钛矿不稳定,”该大学能源,环境与化学工程系助理副校长兼主席Pratim Biswas向Design News承认。“虽然我们的制造方法正在改善稳定性,但我们认为其他材料的选择会更好。此外,避免有毒金属......是一大福音,因为我们不想解决一个能源问题并增加另一个环境问题。“
  
  大海捞针?
  
  研究人员发现的无铅双钙钛矿氧化物半导体是最初存在的30,000种潜在的铋基氧化物之一; 研究人员说,其中只有约25种是已知化合物。
  
  为了从这些化合物中找到可行的半导体,研究人员在美国能源部橡树岭国家实验室的世界上最快的超级计算机之一上使用了材料信息学和量子力学计算。
  
  研究人员表示,该团队从他们的计算中发现的半导体似乎是最稳定的,也可以在实验室中合成。此外,其在钙钛矿电池中的可行性的关键在于,尽管大多数氧化物倾向于具有大的带隙,但该化合物具有与卤化钙钛矿材料类似的较低带隙。
  
  带隙是电子必须克服以形成自由载流子的能量势垒,就太阳能电池而言,其可以被提取以向电子设备或电池提供电力以供以后使用。阳光提供了克服这种障碍的能量; 研究人员表示,较低的带隙意味着最终提高能效。
  
  证明材料
  
  Biswas说,一旦研究人员确定了可行的半导体,他们就开始合成这种材料,看看它是否具有预期的性能。下一步是使用新发现的半导体制造太阳能电池。
  
  “我们使用理论和计算来筛选各种材料,然后使用我们创新的气溶胶合成方法来制造太阳能电池,”他告诉Design New。“我们成功地做到了这一点,并对我们的发展感到兴奋。”
  
  研究人员在“ 材料化学 ”杂志上发表了一篇关于他们工作的论文。
  
  Biswas表示,该团队的工作有望开发出不含铅材料的高能效钙钛矿电池,这种电池可以扩展到其他使用半导体的应用。

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