三明治结构可提高下一代太阳能电池板的效率

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由于对一个关键部件的结构有了更多的基本了解,下一代太阳能电池板的设计现在可以得到改进。在一个渴望更便宜、更高效的可再生能源的世界里,澳大利亚的研究人员已经提供了一种享受。

由ARC激子科学卓越中心领导的工作表明,一些过氧化物太阳能电池中使用的二维(2D)薄膜非常类似于一个三明治。过氧化物是一种令人兴奋的材料,处于太阳能研究和设计的最前沿。

以前,科学家们认为这些二维过氧化物薄膜具有 “梯度”结构,其中某些成分被发现在材料的深处,而其他互补元素只位于靠近表面的地方,就像饼干上的配料。

然而,在发表于《材料化学杂志》(Journal of Materials Chemistry C)的一篇论文中,位于墨尔本大学的Exciton Science成员与澳大利亚国家科学机构CSIRO和山东大学的合作者一起,为一种类似三明治的结构提供了证据,其中两层相同类型的材料(面包)围绕着一个中央的、对比强烈的层(馅料)。

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拟议的二维过氧化物 “三明治 “结构的图形表示

这种布局鼓励激子–对于将阳光转化为电能非常重要的准粒子–从中心层移动到薄膜的两个表面,而自由载流子则运送电荷供电极收集,当被纳入设备时有助于产生更有效的太阳能。

通讯作者Ken Ghiggino教授说:”一个真正的问题是了解这些二维过氧化物太阳能电池的结构到底是什么。文献中一直有相当多的争议。我们取得的进展是发现这些薄膜的真正结构是什么,以及它们在太阳能电池中如何工作。”

二维过氧化物装置由于其相对于 “三维”过氧化物电池的优越稳定性和耐久性而特别令人感兴趣。研究人员利用CSIRO的基础设施和专业知识开发的原型二维设备已经显示出13%的效率。

随着对结构有了更多的基本了解,研究人员现在将尝试通过改变过氧化物 “夹层”内的层的厚度来提高设备效率。除了太阳能电池,改进的二维过氧化物薄膜在发光二极管(LED)和光电探测器方面有重要的应用,如视频成像、光通信、生物医学成像、安全、夜视、气体感应和运动检测。

主要作者Fei Zheng博士说。”相对于传统的梯度分布模型,这是第一次提出三明治结构。我们认为这一发现将有助于设计和设备优化,使二维电池和LED的性能更高”。

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