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高效的太阳能电池可能与杂交钙钛矿突破

2021-09-22 08:50:14来源:

下一代太阳能电池的新型材料消除了使用铅的需要,这是该技术的主要障碍。

下一代太阳能电池的新型材料消除了使用铅的需要,这是该技术的主要障碍。

掺入矿物钙钛矿的太阳能电池一直是关注的焦点,因为该材料在2009年首次显示工作。使用该材料构建的太阳能电池比电流太阳能电池板更有效。目前的太阳能电池板平均捕获了15%至18%的太阳能,而已发现钙钛矿太阳能电池的效率高达28%。

但是,商业上使用这些材料存在重大障碍:材料不稳定,它们含有水溶性铅,这是一种健康危害。

现在,由普渡大学化学工程助理教授Letian Dou的科学家和工程师团队开发了一种像有机和无机材料的夹层一样,形成不使用铅的混合结构,并且具有大大提高的稳定性。

“这些结构非常令人兴奋,”窦说。“三明治结构就像今天广泛使用的半导体量子阱,这些孔在许多电子和光电器件中被广泛使用,但它们更容易产生和更容忍缺陷,”

该研究于周一(2019年11月11日)在自然化学期刊上发表。

在9月份在美国化学学会杂志上发表的论文中,科学家们将该材料纳入许多电子设备的基本组件,一个现场效应晶体管。

姚高,研究论文的主要作者和Dou的研究组博士后研究组表示,新的有机无机杂交钙钛矿材料比传统无机半导体更便宜,表现优于。此外,高说,新材料的设计策略可以作为许多其他功能混合材料的蓝图。

“太阳能电池,正如很多人都证明,可以高效,”他说。“通过我们的新技术,我们可以使混合植物材料内部更稳定。通过更换有毒铅,这些新材料更适合环境,也可以安全地用于体内的生物电体传感器。“

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参考:“有机无机杂交钙矿普通井的分子工程”由姚高,Enzheng Shi,Shibin Deng,Shibin B. Shiring,Jordan M. Snaider,Chao Liang,Buio Yuan,Ruyi Song,Svenja M.Janke,Alexander Liebman-Peláez ,Pilsun Yoo,Matthias Zeller,Budan W. Boudouris,北林廖,陈海朱,Volker Blum,易宇,Brett M. Savoie,Libai Huang和Letian Dou,2019年11月11日,自然化学.DOI:
10.1038 / s41557-019-0354-2

通过Purdue Research Countracition Officion Of Technology商业化提出了该技术的专利。这项工作得到了美国海军研究办公室(奖项N00014-19-1-2296)和Purdue戴维森化学工程学院和Purdue的Discovery Park Birck纳米技术中心。

抽象的

有机 - 无机杂交钙钛矿量子孔的分子工程

姚高,仁盛施,斯蒂芬邓,斯蒂芬B. Shiring,Jordan M. Snaider,Chao Liang,Buio Yuan,Ruyi Song,Svenja M.Janke,Alexander Liebman-Peláez,Pilsun Yoo,Matthias Zeller,Budouris,Peilin廖,陈海朱,Volker Blum,易宇,Brett M. Savoie,Libai Huang,Letian Dou

普渡大学,上海大学,杜克大学,劳伦斯伯克利国家实验室

半导体量子阱和超晶格是现代光电子中的关键构建块,但难以同时实现每层的化学成分,层厚度和带结构的无缺陷外延生长和微调,以实现所需的性能。这里,我们证明了通过容易解决方案处理步骤在Perovskites层之间结合的有机半导体构建块的电子结构的调制。通过用空心苛刻的基团官能化可以抑制共轭有机分子的强自聚集,得到单晶有机 - 钙钛矿杂种量子孔(下降至单位细胞厚)。由于原子平坦的界面和钙钛矿材料的超小夹层距离,相邻有机和无机层之间的能量和电荷转移显示出快速有效。由于保护庞大的疏水性有机基团,所得到的2D杂交钙酸盐非常稳定。