晶体材料可取代硅太阳能电池的效率一倍

一种新型材料表明有能力加倍太阳能电池的效率由普渡大学和国家可再生能源实验室的研究人员。

传统的太阳能电池具有最多三分之一高效，被科学家称为肖克利-奎塞尔极限的限制。这种新材料，晶体的结构，其中包含 （碘和铅） 的无机材料和有机物质 （甲基铵），提高了效率，以便它可以完成三分之二的能量从光没有输给热的尽可能多的能量。

在不太技术的术语，这种材料可以没有显著的成本增加发电量的两倍。

足够的太阳能到达地球供应所有地球的能源需求，多次，但捕获能源一直困难 — — 至 2013 年，只有约 1%的世界电网电力生产从太阳能电池板。

李白黄，普渡大学化学助理教授说，这种新材料，被称为混合钛矿，会创建太阳能电池比传统的硅太阳能电池，瘦，也是灵活、 价格便宜和容易。

“我的研究生学习如何使它几天后，”她说。

突破是本周发表在科学 》 杂志。

最常见的太阳能电池用硅作为半导体，可以传输只有三分之一的能源，由于乐队的差距，是需要提升到导电的状态，在其中的电子是能够移动，从一个束缚态电子的能量量创造电力。

普渡大学和国家可再生能源实验室的科学家们已经发现电子在一种新的晶体材料的移动，这一发现可能导致太阳能电池的效率翻了一番。超快的显微镜图像，比如这些，表明材料中的电子能够移动与热的最小能量损失超过 200 纳米。（普渡大学形象由李白黄）

传入的光子可以有更多的能量，比带隙，和为很短的时间 — — 那么短很难想象一下 — — 电子存在用额外的能量。这些电子被称为”热载体，”和硅中他们存在的唯一的皮秒 （即 10-12 秒） 和只距离最大为 10 纳米。在这一点上热载流子电子放弃他们的能量以热。这是太阳能电池的效率低下的主要原因之一。

黄和她的同事发明了新的技术，可以通过使用快速激光和显微镜跟踪的运动范围和热载流子的速度。

黄说:”热载流子需要迁移的距离至少是一种太阳能电池，或大约 200 纳米，可以实现这种新的钙钛矿型材料，厚度”。”还这些载体可以活皮约 100 秒，两个数量级比硅更长的时间”。

朱凯，在科罗拉多州和期刊论文的共同作者之一、 国家可再生能源实验室的资深科学家说，这些都是用于创建商业的热载流子太阳能电池的关键因素。

由普渡大学和国家可再生能源实验室发现潜力加倍使用一种新的独特材料的太阳能电池的效率。这种材料，称为复合钙钛矿结构、 具有无机晶体笼”包含一种有机分子，甲基铵。（普渡大学形象由李白黄）

“这项研究表明钙钛矿型标准多晶薄膜中的热载体可以旅行的是类似于或长于膜厚度构建高效钙钛矿型太阳能电池所需的距离，”他说。这表明发展热载体钙钛矿型太阳能电池的潜力是很好。

然而，开发了一种商业产品之前，研究人员正在试图使用相同的技术发展到普渡大学通过替换等材料中的铅有毒，少金属。

“下一步是要找到或建立适当的接触材料或具有适当的能量水平，以提取这些热载体来发电在外部电路结构，”朱说。”这可不容易。”

在普渡大学的黄的研究由美国国家科学基金会资助授予 DMR-1507803。

由美国能源署办公室的能源效率和可再生能源太阳能能源技术办公室资助国家可再生能源实验室的工作。