新型双矿物用于太阳能应用的更稳定毒性更低的半导体

2019-10-10 10:30:36

根据太阳能工业协会和伍德·麦肯齐电力与可再生能源公司(Wood Mackenzie Power&Renewables)的最新报告,在美国,太阳能电池板的安装量正在上升,2019年初的新安装量超过200万,是第一季度的最高记录。

为了满足不断增长的需求,人们需要低成本,更高效的硅基太阳能电池替代产品(目前使用最广泛的技术)。在过去的十年中,卤化钙钛矿已成为最有前途的替代材料。但是,它们是不稳定的。它们包含有毒的铅,并可能对健康和环境造成危害,例如地下水污染。

圣路易斯华盛顿大学的一个工程师团队发现,他们使用通过数据分析和量子力学计算发现的新型双钙钛矿氧化物发现了一种用于太阳能应用的更稳定,毒性更低的半导体。

他们的工作于6月11日在线发表在《材料化学》上。

麦凯维工程学院机械工程与材料科学助理教授Rohan Mishra领导了一个跨学科的国际团队,他们发现了由钾,钡,碲,铋和氧(KBaTeBiO6)组成的新型半导体。无铅双钙钛矿氧化物是最初的30,000种潜在的铋基氧化物之一。在这30,000种化合物中,只有约25种是已知化合物。

在世界上最快的超级计算机之一上使用材料信息学和量子力学计算,橡树岭国家实验室Mishra实验室的博士生Arashdeep Singh Thind发现,KBaTeBiO6是30,000种潜在氧化物中最有希望的。

米什拉说:“我们发现这似乎是最稳定的化合物,可以在实验室合成。” “更重要的是,尽管大多数氧化物倾向于具有较大的能带,但我们预测该新化合物的能带隙较低,接近于卤化物钙钛矿,并具有相当好的性能。”

带隙是电子必须克服以形成自由载流子的能垒,在太阳能电池中,自由载流子可被提取以为电子设备供电或存储在电池中以备后用。克服此障碍的能量由阳光提供。米什拉说,最有前途的太阳能电池化合物的带隙约为1.5 eV,即电子伏特。

Mishra与Lucy&Stanley Lopata教授,能源,环境与化学工程学系系主任助理副总理Pratim Biswas讨论了合成KBaTeBiO6的可能性。Shalinee Kavadiya,当时是McKelvey Engineering的博士生,现在是亚利桑那州立大学的博士后研究助理,开始致力于完善配方。

Mishra说:“ Shalinee花了大约六个月的时间来合成这种材料。” “一旦她能够合成它,就如我们所预测的那样,它是稳定的,并且带隙为1.88 eV,这也是我们预测的。”

米什拉说,这些是第一代太阳能电池,需要对带隙进行更精细的调整,但这是迈向无毒太阳能电池的良好第一步。

米什拉说:“这表明我们可以摆脱这些卤化铅钙钛矿。” “这为设计半导体不仅为太阳能电池应用而且为其他半导体应用(例如LCD显示器)开辟了很大的空间。”

接下来,研究小组将研究这种新型半导体中任何缺陷的作用,并寻求更先进的合成技术,包括使用气溶胶技术。

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