迈向无毒太阳能电池的良好开端

 tianxiadiyi   2019-07-27 16:13   39 人阅读  0 条评论

根据太阳能产业协会和亚洲城游戏最近的一份报告,美国的太阳能电池板安装量正在增加,2019年初新安装量超过200万件,是第一季度有史以来最多的。

为了满足不断增长的需求,硅基太阳能电池的低成本和高效替代品 - 目前使用最广泛的技术 - 是可取的。在过去十年中,卤化铅卤化物已成为最有希望的替代材料类别; 但是,它们不稳定。它们含有铅,这是有毒的,并可能造成潜在的健康和环境危害,如地下水污染。

圣路易斯华盛顿大学的一个工程师团队使用通过数据分析和量子力学计算发现的新型双钙钛矿氧化物,发现了他们认为更稳定,毒性更低的太阳能应用半导体。

他们的研究结果发表在网上6月11日在材料化学。

McKelvey工程学院机械工程与材料科学助理教授Rohan Mishra领导了一个跨学科的国际团队,他们发现了由钾,钡,碲,铋和氧(KBaTeBiO6)组成的新半导体。无铅双钙钛矿氧化物是最初的30,000种潜在的铋基氧化物之一。在这30,000个中,只有约25个是已知化合物。

使用材料信息学和量子力学计算在世界上最快的超级计算机之一,位于橡树岭国家实验室的米什拉实验室的博士生Arashdeep Singh Thind发现KBaTeBiO6是30,000种潜在氧化物中最有希望的。

“我们发现这看起来是最稳定的化合物,它可以在实验室中合成,”Mishra说。“更重要的是,尽管大多数氧化物倾向于具有大的带,但我们预测新化合物具有较低的带隙,其接近卤化物钙钛矿,并具有相当好的性质。”

带隙是电子必须克服以形成自由载流子的能量势垒,在太阳能电池的情况下,可以提取自由载流子以为电气设备供电或存储在电池中供以后使用。克服这种障碍的能量是由太阳光提供的。Mishra说,最有希望用于太阳能电池应用的化合物具有约1.5eV的带隙或电子伏特。

Mishra讨论了与Pratim Biswas合作KBaTeBiO6的可能性,副总理助理,Lucy&Stanley Lopata教授以及能源,环境和化学工程系主任。Shalinee Kavadiya,当时是McKelvey工程博士生,现在是亚利桑那州立大学的博士后研究员,他致力于完善配方。

“Shalinee花了大约六个月的时间来合成材料,”Mishra说。“一旦她能够合成它,正如我们预测的那样,它是稳定的,带隙为1.88 eV,我们也预测到了这一点。”

米什拉表示,这些是第一代太阳能电池,需要对带隙进行更精细的调整,但这是迈向无毒太阳能电池的良好开端。

“这表明我们可以远离这些铅卤化物钙钛矿,”米什拉说。“这为半导体设计开辟了一个非常大的空间,不仅适用于太阳能电池应用,也适用于其他半导体应用,如LCD显示器。”

接下来,该团队将研究这种新半导体中任何缺陷的作用,并研究更先进的合成技术,包括使用气溶胶技术。

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