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工程师制造出足够稳定的材料以用于太阳能电池

称为卤化钙钛矿的柔软而柔软的材料可以使太阳能电池效率更高,而成本却大大降低,但使用起来太不稳定了。

普渡大学领导的研究小组找到了一种方法,可以通过抑制离子运动使卤化钙钛矿足够稳定,该离子运动使其迅速降解,从而解锁了其在太阳能电池板以及电子设备中的用途。

该发现还意味着卤化物钙钛矿可以堆叠在一起形成异质结构,从而使设备能够执行更多功能。

结果发表在《自然》杂志上,星期三(4月29日)。其他合作大学包括上海科技大学,麻省理工学院,加利福尼亚大学伯克利分校和美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室。

研究人员已经看到,在实验室中由钙钛矿制成的太阳能电池的性能与市场上由硅制成的太阳能电池一样好。钙钛矿具有比硅更高的潜力,因为在将太阳能转换为电能时浪费的能源更少。

而且由于钙钛矿可以从溶液中加工成薄膜,就像印刷在纸上的墨水一样,因此与硅相比,它们可以更便宜地大量生产。

Letian Dou(lah)说:“制造优质的硅器件已经有60年的共同努力。钙钛矿可能只有10年的共同努力,它们已经和硅一样好,但不会持久。” -TEEN生面团),普渡大学化学工程学助理教授。

钙钛矿由工程师可以在纳米级上单独更换的组分组成,以调节材料的性能。在太阳能电池或集成电路中包含多个钙钛矿将使该设备执行不同的功能,但是钙钛矿太不稳定而无法堆叠在一起。

Dou的团队发现,只需在钙钛矿的表面添加一个刚性的庞大分子(称为Bithiophenylethylammonium)即可稳定离子的运动,从而防止化学键轻易断裂。研究人员还证明,添加该分子可使钙钛矿足够稳定,以与其他钙钛矿形成干净的原子结,从而使其堆叠和整合。

“如果工程师想要将钙钛矿A的最佳成分与钙钛矿B的最佳成分结合在一起,通常不会发生,因为钙钛矿会混合在一起,”普渡大学(Purdue)助理教授Brett Savoie(SAHV-oy)说。化学工程,他进行了模拟,解释了实验在化学水平上揭示的内容。

“在这种情况下,您实际上可以在单一材料中获得A和B的最佳效果。这是完全闻所未闻的。”

该大分子使得钙钛矿即使加热到100摄氏度也能保持稳定。太阳能电池和电子设备需要50-80摄氏度的高温才能运行。

研究人员说,这些发现还意味着可以将钙钛矿掺入计算机芯片中。计算机芯片中的微型开关(称为晶体管)依靠微小的结来控制电流。钙钛矿的图案可能使芯片执行的功能比仅使用一种材料要多。

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