用超级计算机寻找潜力材料,不含铅的高效钙钛矿太阳能有机会问世



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  近年钙钛矿太阳能转换效率成长飞速,自从科学家在 2004 年发现其光电潜力并深入研究后,转换效率已从当年的 3.8% 跃升到 24%,但要商业化也不能只看转换效率,稳定性低、含有毒物质铅等都是钙钛矿太阳能的缺点。

  不过这不代表钙钛矿太阳能的前程就此嘎然而止,钙钛矿太阳能不含钙与钛,是种采用「钙钛矿」结构的电池,由铅、甲基铵等有机成分与溴、碘卤化物组成,不同元素或化合物就会有不同的效果,可以用各种材料与比例来调整钙钛矿太阳能的特性。

  最近美国圣路易斯华盛顿大学团队便打算利用应用材料信息学与量子力学等知识来寻找新的可能,工程与材料科学助理教授 Rohan Mishra 表示,若要寻找适合用在太阳能领域的材料,能隙(band gap)落在 1.5ev 最佳。

  能隙大小决定材料吸收光与发光的性能,象是硅的能隙为 1.12eV,换算成光波长大约为 1,107 纳米,当光子能量小于硅的能隙时,硅电池就无法吸收这些光子,因此硅晶太阳能只能吸收约 1,000 纳米以下的近红外光、可见光及紫外光,若是能提高材料的能隙,或许就能进一步提高转换效率。

  最后圣路易斯华盛顿大学透过超级计算机,在 3 万种铋基氧化物可能性中,找到了潜力股:由钾、钡、碲、铋和氧(KBaTeBiO6)组成的双钙钛矿氧化物,是种稳定性高、毒性低,还可以在实验室合成的半导体。

  目前团队还处在合成半导体阶段,这一部分大约要花六个月左右,他们预测新型半导体的能隙大约落在 1.88 eV,团队也表示,通常氧化物的能隙都很高,大于 3.5 eV,已超出可见光的最高能量,但新型半导体的能隙接近卤化物钙钛矿,应用潜力大。

  未来研发完成后,虽然团队还需要再花一点时间调整半导体的能隙,并再研究一番合成技术,但这也是迈向无毒太阳能电池的一步,除此之外,这种设计也不单单能应用在太阳能,对光电产业也是一大益处。

  Source:科技新报

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  最近美国圣路易斯华盛顿大学团队便打算利用应用材料信息学与量子力学等知识来寻找新的可能,工程与材料科学助理教授 Rohan Mishra 表示,若要寻找适合用在太阳能领域的材料,能隙(band gap)落在 1.5ev 最佳。

  能隙大小决定材料吸收光与发光的性能,象是硅的能隙为 1.12eV,换算成光波长大约为 1,107 纳米,当光子能量小于硅的能隙时,硅电池就无法吸收这些光子,因此硅晶太阳能只能吸收约 1,000 纳米以下的近红外光、可见光及紫外光,若是能提高材料的能隙,或许就能进一步提高转换效率。

  最后圣路易斯华盛顿大学透过超级计算机,在 3 万种铋基氧化物可能性中,找到了潜力股:由钾、钡、碲、铋和氧(KBaTeBiO6)组成的双钙钛矿氧化物,是种稳定性高、毒性低,还可以在实验室合成的半导体。

  目前团队还处在合成半导体阶段,这一部分大约要花六个月左右,他们预测新型半导体的能隙大约落在 1.88 eV,团队也表示,通常氧化物的能隙都很高,大于 3.5 eV,已超出可见光的最高能量,但新型半导体的能隙接近卤化物钙钛矿,应用潜力大。

  未来研发完成后,虽然团队还需要再花一点时间调整半导体的能隙,并再研究一番合成技术,但这也是迈向无毒太阳能电池的一步,除此之外,这种设计也不单单能应用在太阳能,对光电产业也是一大益处。

  Source:科技新报

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