鉅大LARGE | 點擊量：405次 | 2022年09月05日
科學家找到"欺騙"太陽能電池中離子干擾的方法 將大幅提高電池性能
物理學家已經(jīng)找到了一種方法，可以使用在下一代太陽能電池和發(fā)光二極管(LED)中的性能得到高度評價的材料制造晶體管。研究人員已經(jīng)克服了材料的離子含量干擾電子電流通過晶體管的問題。這一突破可能為研究用于低成本電子設(shè)備的綠色電子元件鋪平道路。
在過去的十年中，溶液處理的金屬鹵化物鈣鈦礦（一種混合金屬有機材料）一直是低成本、高效率太陽能電池和LED研究的主要焦點。由于它們能夠在相對較低的溫度下加工，鈣鈦礦被認為是硅的更環(huán)保的替代品，不僅用于制造太陽能電池，還用于晶體管。晶體管是集成電路的組成部分，也是許多電子設(shè)備中的關(guān)鍵部件。
晶體管通過柵極系統(tǒng)工作：電子在“源極”和“漏極”之間流動，它們的流動由施加到“柵極”的電場控制。在晶體管中，離子的存在會干擾電流的流動，使晶體管無法工作。金屬鹵化物鈣鈦礦富含離子。當對鈣鈦礦施加電場時，這些離子通過沖向柵極并在那里積聚來響應(yīng)電場，從而有效地阻止了源極和漏極之間的電子流動。
為了對抗這種干擾，科學家們在過去十年中一直在尋找阻止離子的方法，操縱它們以盡量減少它們對鈣鈦礦晶體管的不利影響。
巴斯大學和德國馬克斯普朗克聚合物研究所(MPIP)的科學家們找到了解決鈣鈦礦問題的方法，使材料能夠在室溫下作為晶體管工作。通過將這些帶電物質(zhì)從柵極分流到晶體管的不同部分，該設(shè)備已被“欺騙”而忽略了材料的離子含量，在那里它們不會干擾電流的流動。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
“直到現(xiàn)在，鈣鈦礦中離子的存在使得鈣鈦礦在晶體管中的使用具有挑戰(zhàn)性。我們認為這是一種恥辱，因為鈣鈦礦是非常有前途的半導體材料。”首席研究員KamalAsadi教授說。
他補充道，在室溫下，鈣鈦礦的離子具有很強的移動性。人們已經(jīng)采取降低溫度來使鈣鈦礦晶體管工作，因為在低溫下，離子的移動性較差。但在實際應(yīng)用中，這意味著我們的基于鈣鈦礦的小工具只能在冰箱或南極洲可靠地運行。
我們從不同的角度看待這個問題。我們修改了晶體管的結(jié)構(gòu)而不是修改材料，從而產(chǎn)生了一個帶有額外輔助柵極的晶體管。然后將離子推到輔助柵極并固定到位。然后，當您施加柵極電場時，電子現(xiàn)在會看到柵極電場，并對其做出反應(yīng)，并在源極和漏極之間建立電子流。
通過在晶體管上沉積鐵電層來創(chuàng)建輔助柵極。鐵電體（當外部電場關(guān)閉時表現(xiàn)出穩(wěn)定極化的介電材料）可以產(chǎn)生大量的表面電荷，吸引離子并將它們固定在適當?shù)奈恢?，從而釋放電子流的門。Bath團隊是第一個使用鐵電概念來減輕離子傳輸?shù)膱F隊。
該論文的第一作者、馬克斯普朗克研究所的BeomjinJeong博士解釋說：將離子推離傳輸通道只能通過能夠誘導大表面電荷的輔助柵極材料來實現(xiàn)，例如鐵電體或電解質(zhì)，我們選擇了鐵電聚合物，因為它們的兼容性和在過氧化物層上面的易加工性。
參與該項目的科學家們預計他們開發(fā)的平臺將會受到廣泛關(guān)注，其他研究人員將擴大對可與鈣鈦礦配對的具有高表面電荷密度的材料的尋找。對由鐵電層獲得的晶體管通道中離子數(shù)量的良好控制可能有利于需要同時控制離子和電子的其他應(yīng)用。
