作者：TylerIrving

多倫多大學的工程研究人員結合了兩種新出現(xiàn)的新一代太陽能電池技術，發(fā)現(xiàn)每一種技術都有助于穩(wěn)定另一種技術。由此產(chǎn)生的混合材料是降低太陽能電池成本的一個主要步驟，同時也增加了太陽能電池的使用方式。

如今，幾乎所有的太陽能電池都是由高純度硅制成的。這是一項成熟的技術，近年來由于規(guī)模經(jīng)濟，制造成本大幅下降。然而，硅的效率有一個上限。一個由TedSargent教授領導的團隊正在研究互補材料，這種材料可以通過吸收硅所不吸收的波長來增強硅的太陽能收集潛力。

Sargent教授說：“我們實驗室所追求的兩項技術是鈣鈦礦晶體和量子點?！边@兩種方法都適用于溶液處理。想象一下，一種“太陽能墨水”可以印刷到柔性塑料上，制造出低成本、可彎曲的太陽能電池。我們還可以在硅太陽能電池的前后階段組合它們，以進一步提高它們的效率。”

鈣鈦礦和量子點面臨的主要挑戰(zhàn)之一是穩(wěn)定性。在室溫下，某些類型的鈣鈦礦經(jīng)歷了3D晶體結構的調(diào)整，使它們變得透明——它們不再完全吸收太陽輻射。

對于量子點來說，必須覆蓋一層被稱為鈍化層的薄層。這個層——只有一個分子厚——可以防止量子點互相粘在一起。但是超過100攝氏度的溫度會破壞鈍化層，導致量子點聚集或聚集在一起，破壞它們采光的能力。

發(fā)表在《自然》雜志上的一篇論文中，Sargent實驗室的一組研究人員報告了一種結合鈣鈦礦和量子點的方法，這種方法可以穩(wěn)定兩者。

該論文的主要作者劉夢霞說：“在我們這樣做之前，人們通常試圖分別應對這兩個挑戰(zhàn)?！?/p>

“研究已經(jīng)證明混合結構的成功發(fā)展，這種混合結構結合了鈣鈦礦和量子點，這啟發(fā)我們考慮到，如果兩種材料共享相同的晶體結構，它們可能會彼此穩(wěn)定?！眲⒄f，她現(xiàn)在是劍橋大學的博士后研究員。

劉和他的團隊建造了兩種混合材料。一種主要是量子點，其體積約為15%的鈣鈦礦，用于將光轉化為電能。另一種主要是以體積計量子點小于15%的鈣鈦礦，更適合將電轉化為光，例如，作為發(fā)光二極管（LED）的一部分。

研究小組能夠證明，富含鈣鈦礦的材料在環(huán)境條件（25攝氏度和30%濕度）下保持穩(wěn)定6個月，比僅由同一鈣鈦礦組成的材料壽命長約10倍。對于量子點材料，當加熱到100℃時，納米顆粒的聚集度比未經(jīng)鈣鈦礦穩(wěn)定的納米顆粒低5倍。

“這很好地證明了我們的假設，”劉說。這是一個超出我們預期的令人印象深刻的結果。

新的研究結果證明了這類混合材料可以提高材料的穩(wěn)定性。在未來，劉希望太陽能電池制造商能夠采取她的想法，并進一步改進，以創(chuàng)造新的太陽能電池技術，滿足所有與傳統(tǒng)硅相同的標準。

“工業(yè)研究人員可以用不同的化學元素來形成鈣鈦礦或量子點，”劉說。我們所展示的是，這是一個有前途的策略，可以改善這類結構的穩(wěn)定性?！?/p>

“作為太陽能材料，鈣鈦礦已經(jīng)顯示出巨大的潛力；但需要基本的解決方案，將其轉化為穩(wěn)定和堅固的材料，以滿足可再生能源行業(yè)的苛刻要求，”杰弗里C.格羅斯曼說，他是莫頓和克萊爾·古爾德，環(huán)境系統(tǒng)的家庭教授，同時也是麻省理工學院材料科學與工程系德學院的一名教授。麻省理工學院此次并未參與研究。多倫多的研究顯示了一個令人興奮的新途徑，以促進對穩(wěn)定鈣鈦礦晶體相的理解和成就。”

劉將這一發(fā)現(xiàn)部分歸功于團隊中的協(xié)作環(huán)境，其中包括來自許多學科的研究人員，包括化學、物理和她自己的材料科學領域。

她說：“鈣鈦礦和量子點具有獨特的物理結構，這些材料之間的相似性通常被忽視。這一發(fā)現(xiàn)表明，當我們結合來自不同領域的想法時，可能會發(fā)生什么意想不到的火花。”