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新型光电转换材料使太阳能电池和LED更高效

来源:新材料在线    发布时间:2015/2/6 10:08:49    浏览次数:3084    

工程师们已经将目光聚焦在太阳能吸收材料这个新兴的大家庭,此举可为开发更廉价、更高效的太阳能电池板和LED铺平道路。钙钛矿是一种可有效吸收可见光的材料,但其完美的单晶形式并没有被彻底研究过。通过一种新技术,研究人员制备了大而纯净的钙钛矿晶体,而且研究了当光转换为电时电子在材料中如何移动。

多伦多大学电气与计算机工程The Edward S. Rogers Sr.系的Ted Sargent教授和阿卜杜拉国王科技大学Osman Bakr教授带领的团队使用了一种基于激光的技术来测量钙钛矿晶体的部分属性。通过追踪材料中电子的快速运动,他们已经能够确定扩散长度(没有被材料缺陷捕获前电子可运动的距离)和迁移率(电子在材料中的运动速度)。这项研究工作于这周发表在 《科学》杂志上。

“我们的研究工作确定了钙钛矿收集太阳能的最大能力。” Sargent课题组的博士后Riccardo Comin说。“使用这些材料进行研究工作,试图获得创纪录的效率就像是一个比赛一样。我们的研究表明,进展还会继续。”

近年来,钙钛矿效率已经飙升至略高于20%,开始接近安装在西班牙沙漠以及加州屋顶的以商业级硅为基础的太阳能电池板。“就转换效率而言,钙钛矿已经非常接近已商业化的传统材料。” Sargent 课题组的博士研究生、同时也是该论文共同第一作者Valerio Adinolfi介绍道。“它们有能力降低从液态化学前驱体获得太阳能的成本。”

该研究不仅对绿色能源会产生明显的影响,而且也可能促进照明的创新。将一个钙钛矿晶体制备的太阳能电池板看作这样的玻璃板:光照射到晶体表面以后被吸收,从而使材料中的电子激发。这些电子能轻易地穿过晶体到达其下侧的电触点,从而转换为电流。现在考虑其逆过程-给这块板通电,注入电子,将能量以光能形式释放。更高的电-光转换效率意味着钙钛矿可能为高效节能的LED打开新的领域。

Sargent课题组另一个工作重点是提高纳米工程胶体量子点的效率。“钙钛矿可有效吸收可见光,而量子点可有效吸收红外光。” Sargent教授说。“考虑到太阳光广泛的可见及红外能量光谱,这种材料在收集太阳能方面具有互补优势。”

“接下来我们将探索 将具有互补吸收性的材料复合在一起的可能,” Comin博士说。“将钙钛矿的研究与量子点的研究结合起来,在进一步提高转换效率方面将会有非常广阔的发展前景。”

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