新的可切换的材料;提高了缺陷;促进钙钛矿的太阳能电池。
新型可切换的材料
两个麻省理工学院的研究人员开发了一种薄膜材料的阶段和电气性能金属和半导体之间进行切换通过应用一个小电压。材料然后呆在其新配置,直到被另一个电压切换回来。发现铺平了道路,一种新型的非易失性内存。
发现涉及薄膜材料锶辉钴矿(SrCoOx),有两个不同的结构取决于有多少单位细胞含有氧原子。更多的氧气存在时,SrCoOx形式tightly-enclosed,钙钛矿的笼子形的晶体结构,而低浓度的氧气产生钙铁石的更开放的结构。
研究人员发现,这种材料可以翻两种形式与应用程序之间的一个很小的电压- 30毫伏。一旦改变,新的配置保持稳定,直到把第二电压的应用。
这个图表显示了电子电压可以用来修改的氧气浓度,因此阶段和结构,锶辉钴矿。注入氧气,将材料从钙铁石形式(左)(右)钙钛矿形式。(来源:污垢Yildiz和祁阳陆/麻省理工学院)
以前的工作与锶辉钴矿依赖周围的气体大气中氧浓度的变化来控制这两种形式的材料。的基本原理是在去年开发的橡树岭国家实验室的科学家们。“虽然有趣,这不是一个实际意味着控制设备属性的使用,”麻省理工学院副教授胀Yildiz说。
“电压修改有效氧材料面临的压力,”Yildiz补充道。为了实现这一点,研究人员沉积的薄膜材料(钙铁石阶段)到yttrium-stabilized氧化锆基质。设置,应用电压驱动氧原子的材料。应用相反的电压有反作用。
正在进行的研究将着眼于更好地理解材料的电子性质的不同结构和扩展的方法感兴趣的其他氧化物对内存和能源应用。
提高了缺陷
理论研究从美国能源部的国家可再生能源实验室(NREL)导致看似矛盾的结果——确定在硅太阳能电池缺陷实际上可能会改善他们的表现。
具体来说,模拟中加入杂质层相邻太阳能电池硅片的建议与合理设计缺陷能级可以提高载体收集的太阳能电池,或提高吸收器的表面钝化层。
找到合适的缺陷是关键的过程。促进载体收集通过隧道二氧化硅层,外的缺陷需要能量水平如果能带但接近一个乐队的边缘为了有选择地收集光生载流子和块的一种。相比之下,表面钝化Si的氧化铝(氧化铝),没有载体收集,有益的缺陷是深层的价带硅和持有永久负电荷。模拟移除特定原子的氧化层相邻的硅晶片,,取而代之的是一个原子从一个不同的元素,从而创建一个缺陷。“举个例子,当一个氧原子被氟原子取代它导致缺陷可能促进电子集合而堵塞漏洞。
“好”缺陷的示意图(红十字会),这有助于收集电子从photo-absorber (n-Si)和块孔,因此抑制航空公司重组。(来源:NREL)
尽管还需要更多的研究,以确定哪些缺陷会产生最好的结果,这些原则适用于其他材料和设备:由同一作者最近的一项研究表明,氧的加入能提高二维半导体的性能。太阳能电池和光电阳极设计缺陷可能允许更厚,更健壮carrier-selective隧道传输层或防腐层,可能更容易制造。
提高perovskite-based太阳能电池
今天的一些最有前途的太阳能电池使用聚光电影由钙钛矿。然而,perovskite-based太阳能电池需要昂贵的“空穴传输材料,它的功能是将正电荷,当光照射到生成钙钛矿的电影。
但是研究者EPFL看到一个问题:目前只有两个空穴传输材料用于perovskite-based太阳能电池,和两种类型相当昂贵的合成,增加太阳能电池的总体费用。
为了解决这个问题,研究小组开发了一种分子水平上的工程空穴传输材料,不对称的fluorene-dithiophene (FDT),它可以降低成本,同时保持效率的竞争水平。测试表明,效率FDT升至20.2%,高于其他两种选择。
三维演示FDT分子钙钛矿晶体的表面。(来源:斯文·m·恩/欧洲)
“表现最好的钙钛矿太阳能电池使用孔运输材料,很难使和净化,昂贵,成本超过€300每克防止市场渗透,“欧洲的穆罕默德Nazeeruddin说。“相比之下,FDT易于合成和净化,和它的成本估计为五分之一的现有材料,而匹配,甚至超过他们的表现。”
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