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钙钛矿的光伏应用潜能被证实 发展前景广阔

       摘要: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,该材料可以让太阳能电池板和发光二极管更便宜更高效。新研究让人们对太阳能吸收材料有了新的理解,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。


       Solarbe(索比)光伏太阳能网讯: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,该材料可以让太阳能电池板和发光二极管更便宜更高效。新研究让人们对太阳能吸收材料有了新的理解,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,电子在该材料中的运动方式。

图.安装在恒温器上的橙色纯钙钛矿晶体

       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TedSargent和阿卜杜拉国王科技大学教授OsmanBakr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RiccadrdoComin说。

图.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,研究人员成功地制造出这些高质量的钙钛矿单晶体。该晶体能有效地将光转换成可很长距离移动的载流子,由于晶体具有极少的缺陷,载流子的运动长度超过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。


       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ValerioAdinolfi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。”


       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。”


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