新材料允许超薄太阳能电池

时间：2021-09-21 12:25:04 来源：

太阳能电池层系统：中间的两个半导体层，在任一侧连接到电极。

通过组合两个半导体材料，维也纳技术大学的研究人员开发了一种允许超薄太阳能电池的新材料。

极薄，半透明，柔性太阳能电池很快就成为现实。在维也纳技术大学，托马斯穆勒，马可福克和andreasPosischil已经设法创造了由两个超薄层组成的半导体结构，这似乎非常适合光伏能量转换。

几个月前，该团队已经生产了一种超薄层的光活性晶体钨蛋白。现在，该半导体已成功地与由二硫化钼制成的另一层组合，从而制造了可用于未来低成本太阳能电池的设计者材料。在此提前，研究人员希望建立一种新的太阳能电池技术。

仅由一
个或多个原子层组成的二维结构是薄材料，目前是当今材料科学的热门话题。用石墨烯开始的二维材料的研究，由单层碳原子制成的材料。与世界各地的其他研究群体一样，托马斯·穆勒和他的团队通过使用石墨烯来获得必要的专业知识，分析和改进超薄层。现在已经应用于其他超薄材料。

托马斯·穆勒表示，“相当多，二维晶体具有与相同材料的较厚层的电子性质完全不同”。他的团队是第一个结合两个不同的超薄半导体层并研究其光电性能。

两层具有不同功能源
钨烯胺的是由三个原子层组成的半导体。一层钨夹在两层硒原子之间。“我们已经能够表明钨丁胺可以用来将光线变成电能，反之亦然”托马斯·穆勒说。但是仅由钨蛋白酶制成的太阳能电池需要无数的微小金属电极仅紧密地间隔开几微米。如果该材料与二硫化钼相结合，这也由三个原子层组成，则该问题典雅地脾气暴露。现在可以使用异质结构来构建大面积的太阳能电池。

当光照在光活性材料上时，单个电子从原始位置移除。留下带正电的孔，其中电子常用。电子和孔都可以在材料中自由移动，但是当它们保持相隔时，它们只会有助于电流，以便它们无法重新组合。

为了防止电子和孔的重组，可以使用金属电极，通过该金属电极被吸引，或者加入第二材料。“另一方面，电子将在钨蛋白化层内移动到钨酸盐层内部”托马斯·穆勒表示。因此，抑制了重组。

只有在两个层中的电子的能量完全正确地调整时才可以进行这一点。在实验中，这可以使用静电场完成。弗洛里安Libisch和JoachimBurgdörfer教授（Tu维也纳）提供了计算机模拟，以计算电子的能量在两种材料中的变化以及哪个电压导致电力最佳收益率。

Thomas Mueller说，
紧紧包装的层“最大的挑战是堆叠两种材料，创造了一个原子平面结构”。“如果两层之间有任何分子，因此没有直接接触，太阳能电池不起作用。”最终，这种壮举是通过在真空中加热两层并将其堆叠在环境气氛中来实现的。通过再次加热层结构，除去两层之间的水。

一部分进入光通过材料来通过。其余的被吸收并转换成电能。该材料可用于玻璃前线，让大部分光线，但仍然产生电力。因为它只由少数原子层组成，它非常轻，重量轻（300平方米的重量只有一克），非常灵活。现在，团队正在堆叠两个以上的层 - 这将减少透明度，而是增加电力。

出版物：Marco M.Furchi等，“在电动van der Waals异质结中的光伏效果，”2014年纳米字母; DOI：10.1021 / NL501962C

研究报告的PDF副本：电控van der Waals异质结的光伏效果

图像：维也纳理工大学

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