科學(xué)家利用三明治模型改進(jìn)下一代太陽(yáng)能電池板的設(shè)計(jì)

ARC激子科學(xué)卓越中心的工作表明，某些鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中使用的二維（2D）薄膜非常類似于三明治。鈣鈦礦是太陽(yáng)能研究和設(shè)計(jì)領(lǐng)域最前沿的令人興奮的材料。

以前，科學(xué)家認(rèn)為這些2D鈣鈦礦薄膜具有“梯度”結(jié)構(gòu)，其中某些成分被發(fā)現(xiàn)在材料的深處，而其他互補(bǔ)元素僅位于表面附近，如餅干上的頂部。

然而，在《材料化學(xué)雜志》上發(fā)表的一篇論文中，墨爾本大學(xué)的ExcitonScience成員與澳大利亞國(guó)家科學(xué)機(jī)構(gòu)CSIRO和山東大學(xué)的合作者一起提供了類似三明治結(jié)構(gòu)的證據(jù)，其中兩個(gè)相同類型的層（面包）圍繞著一個(gè)中心的對(duì)比層（餡料）。

下一代太陽(yáng)能電池原型材料的一個(gè)例子

這種布局鼓勵(lì)激子：對(duì)于將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電很重要的準(zhǔn)粒子，從中心層移動(dòng)到薄膜的兩個(gè)表面，而自由載流子傳輸電荷以通過電極收集，從而有助于在將其結(jié)合到設(shè)備中時(shí)更有效地產(chǎn)生太陽(yáng)能。

擬議的2D鈣鈦礦“三明治”結(jié)構(gòu)的圖形表示。

相應(yīng)的作者肯·吉吉諾教授（KenGhiggino）說(shuō)，一個(gè)真正的問題是了解這些2D鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的真正結(jié)構(gòu)。

文獻(xiàn)中有很多爭(zhēng)議。我們?nèi)〉玫倪M(jìn)步是找出這些薄膜的真正結(jié)構(gòu)是什么，以及它們?cè)谔?yáng)能電池中的工作方式。

相對(duì)于“3D”鈣鈦礦電池，其具有出色的穩(wěn)定性和耐用性，因此2D鈣鈦礦設(shè)備特別受關(guān)注。研究人員利用CSIRO的基礎(chǔ)設(shè)施和專業(yè)知識(shí)開發(fā)的原型2D設(shè)備已證明其效率為13％。

在對(duì)結(jié)構(gòu)有了更基本的了解之后，研究人員現(xiàn)在將嘗試通過更改鈣鈦礦“三明治”內(nèi)各層的厚度來(lái)提高設(shè)備效率。

除太陽(yáng)能電池外，改進(jìn)的2D鈣鈦礦薄膜在發(fā)光二極管（LED）和光電探測(cè)器中也具有重要的應(yīng)用，例如視頻成像、光通信、生物醫(yī)學(xué)成像、安全性、夜視、氣體傳感和運(yùn)動(dòng)檢測(cè)。

主要作者FeiZheng博士說(shuō)，這是首次提出一種三明治結(jié)構(gòu)而不是傳統(tǒng)的梯度分布模型。我們認(rèn)為這一發(fā)現(xiàn)將有助于設(shè)計(jì)和設(shè)備優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)2D單元和LED的更高性能。