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【重磅】铁电材料让太阳能电池转换效率超越理论极限

导读: 铁电材料正将太阳能电池的转换效率推向理论的极限,而且仅需使用阳光中的紫外线。

   铁电材料正将太阳能电池的转换效率推向理论的极限,而且仅需使用阳光中的紫外线。

  由美国海军研究实验室(USNavalResearchLaboratory)、卓克索大学(DrexelUniversity)、宾州大学(UniversityofPennsylvania),以及俄罗斯科学院(RussianAcademyofSciences)舒布尼可夫晶体研究所(ShubnikovInstituteofCrystallography)共同组成的研究团队利用钛酸钡晶体更有效率地将阳光转换为电能,甚至突破了S-Q效率极限(Shockley-Queisserlimit)理论预测所能实现的效率——能隙材料在可见光频谱几乎不吸收光。这可能也有助于开发透明的太阳能电池。

  能量采集机制有赖于收集“热”电子——当阳光照射时,在光电(PV)材料中携带更多的能量;这种大规模的光电效应可望开启新的电池设计技术。

  光激发过程示意图。a:中心对称的晶体;b:中心不对称的晶体;c:实验配置,包括半径为10的热化半球;Ec:导电带最小值;Ev:价电带最小值.…

  “钛酸钡吸收不到十分之一的太阳光谱。但是,相较于传统太阳能电池构成的理论限制,我们的装置使用这种材料或相同能隙的材料,能够更有效率地转换更高50%的入射功率,”DrexelUniversity材料科学、物理与电子工程教授JonathanSpanier解释;JonathanSpanier同时也是这项研究的主要作者之一。

  新的研究途径还利用了铁电材料的屏蔽效果。奈米级电极用于收集太阳能电池中的电流,提高了碰撞电离化以及倍增载子,从而创造出一连串的电子;而其所提高的效率更超越了S-Q转换极限(假设能源过多会像热一样损耗)。

  (参考原文:Ferroelectricmaterialspushsolarcellpasttheoreticallimit,byNickFlaherty)

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