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‘一种神奇的材料’使光伏性能得到提升

放大字体  缩小字体 发布日期:2022-03-10
 

将磷烯纳米带聚集到钙钛矿基太阳能电池中,可以使其效率与硅基的电池相媲美。

研究人员在报告中指出成功将一种2D材料集成在钙钛矿基太阳能电池中,使这种电池效率有大幅提高,可以与硅基的电池相媲美。

由帝国理工学院(Imperial College London)和伦敦大学学院(University College London)组成的一对研究小组研究了磷烯纳米带(PNRs),PNRs是一种2D含磷的带状线材料。PNRs与石墨类似,由单原子厚的原子层组成,具有高导电性。

研究人员在2019年首次生产这些材料,此后的理论实验表明,它们可以增强众多电子设备,包括电池、生物医学传感器和量子计算机。

研究人员表示,现在帝国理工学院和伦敦大学学院的研究团队已经在一个实际的原型太阳能电池板上进行了试验,该试验证实了磷烯纳米带的确具备了提高电池效率的潜力。

帝国理工学院化学系和可加工电子中心教授兼研究员Thomas Macdonald说:“数百次的理论研究已经预见了PNRs的优秀特性,但目前尚未有报告公开证明这些特性,或许可以将这些特性转化为更好的设备性能。”

Thomas Macdonald表示,研究团队已经展示了PNRs不仅可以作为高性能太阳能电池途径的证据,还验证了这种纳米材料在下一代光电设备中的多功能性。

新型太阳能电池板

研究人员通过钙钛矿制成太阳能电池,钙钛矿是一种晶体结构的复合材料,长期以来一直被视为太阳能电池中补充或替代硅的下一代材料。事实上,与硅相比,钙钛矿具有几个优点,其中包括更高的性能和更低的生产成本。

更低的成本原因在于钙钛矿可以在液体中喷墨打印出来,形成柔性薄膜。研究人员将PNRs作为额外的一层被打印在薄膜上,以提高设备功能和效率。

研究人员在《American Chemical Society》期刊中发表了,与传统硅太阳能电池相比,新研制的电池性能超过21%。接近于迄今为止在实验室证明的钙钛矿基电池的最高效率,约为25%。

研究人员还通过实验找出了PNRs可以提高效率的原因,实验证明了材料中存在一种称为“空穴迁移率”的现象。

研究人员表示,空穴是电子在电传输中的相反伙伴,因此提高它们的迁移率(衡量它们在材料中移动速度的指标)有助于电流在设备的各层之间更有效地移动。

 

研究人员在一种钙钛矿太阳能电池层中添加一层磷烯纳米带,有效的提高电池性能。

应用以及未来研究

Macdonald说,通过实验验证PNRs如何改进太阳能电池,研究人员表示他们会为光电器件或发光或探测光的设备继续创建新的设计规则。

Macdonald说,“我们的研究结果显示,预测PNRs的功能电子特性优化应用性能,凸显了新发现的纳米材料的真正重要性和实用性,并为基于PNR的光电设备设定基准。”

研究团队计划继续PNRs的研究,以及PNRs如何在电子设备中工作,从而找出更多可以提升性能的方法。研究人员还计划调查如何改变纳米带的表面,以提高该材料独特的电子性能。

中国化学与物理电源行业协会 杨柳

2022.3.10

 
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