制作容易高效、成本更低！新型“铁电性”材料让太阳能电池具有惊人的多功能性

2022-09-01 15:53:15  信息编号：K223370  浏览次数：283

美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室与加州大学伯克利分校合作研究，发现了一种独特的材料，可以更简单的制造太阳能电池。这种材料是一种晶体太阳能材料，具有内置电场，也称为“铁电性”。

由于这一发现，制造太阳能电池设备可以更便宜，包括更简单的过程，并且可以更有效。太阳能电池板需要太阳能电池将太阳能转化为电能。这些太阳能电池需要电场来将正电荷与负电荷分开。

为了创造这个领域，制造商通常会花费大量资金在太阳能电池的每一层上掺杂能够分离正电荷和负电荷的化学物质。这意味着电子从器件的负极流向正极——这是一个提供稳定性和性能的因素。

这种新型铁电材料在实验室中由三溴化铯锗（CsGeBr3 或 CGB）制成，为制造太阳能电池器件提供了一种更简单且成本更低的方法。CGB 材料是极化的，这意味着晶体的一侧自然会产生正电荷，而另一侧会产生负电荷。所以不需要材料掺杂。

这种材料不仅是铁电材料，而且还是一种无铅“卤化物钙钛矿”，这是一种新兴的经济实惠且易于制造的太阳能材料。通常，性能最好的卤化物钙钛矿含有铅。这种铅以污染我们的环境和引起公众健康问题而闻名。研究人员发现的新材料的额外好处是它不含铅并且不会影响性能。

“如果你能想象一种无铅太阳能材料，它不仅可以从太阳中获取能量，而且还具有自然、自发形成的电场的额外好处——太阳能和电子行业的可能性非常令人兴奋，”伯克利实验室材料科学部的资深科学家杨培东说。

CGB 不仅可以降低太阳能电池的制造成本，还可以用于推进新一代开关设备、传感器和对光做出响应的超稳定存储设备。

最重要的是，研究人员发现 CGB 的光吸收是可调的——跨越可见光到紫外光（1.6 到 3 电子伏特）的光谱，这是在太阳能电池中哄骗高能量转换效率的理想范围。他指出，在传统的铁电体中很少发现这种可调性。

该团队花了数年时间微调其研究，还有更多工作要做。作为该论文的第一作者，当时在杨氏实验室担任加州大学伯克利分校研究生研究员的张烨表示，在 CGB 材料能够在商业太阳能设备中首次亮相之前，还有很多工作要做，但到目前为止，他对他们的结果感到兴奋。

“这种铁电钙钛矿材料本质上是一种盐，具有惊人的多功能性，”他说。“我们期待在真正的光伏设备中测试它的真正潜力。”