將光伏效應提升1000倍
光伏產業網訊
發布日期：2021-08-10
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將光伏效應提升1000倍
《科學進展 - Science Advances》雜志最近發布的一篇論文顯示，三層不同鐵電晶體(在這種情況下是鈦酸鋇、鈦酸鍶和鈦酸鈣)的晶格排列，讓太陽能電池的光伏效應提高1,000倍。
研究成果來自德國馬丁路德大學哈雷-維滕貝格(MLU - Martin Luther University Halle-Wittenberg)。研究人員將三層不同鐵電晶體(鈦酸鋇、鈦酸鍶和鈦酸鈣)的晶格重新排列，不同材料的超薄層結合起來產生了強大的太陽能光電效應，能升1,000 倍。
目前大多數太陽能電池都是硅基結構，研究認為，硅基太陽能的理論光電效率大約在29%左右，目前已接近極限。為了進一步提升光電轉化效率，研究人員開始嘗試砷化鎵、疊層、多結、鈣鈦礦等新材料，鐵電體就是一個方向。
鐵電晶體與傳統硅電池的不同之處在于它們不需要pn 結來產生光伏效應，不需要在電池內創建正摻雜層和負摻雜層。研究人員認為，鐵電意味著材料在空間上分離了正電荷和負電荷，電荷分離導致不對稱結構，光能轉變成電能，這種變化可以使材料更容易發電。
鈦酸鋇就是一種鐵電體材料，由鋇和鈦制成的混合氧化物，然而純鈦酸鋇不會吸收太多陽光，它產生的光電流相對較低。MLU研究人員一直在試驗用鈦酸鋇結合不同材料的超薄層，試圖顯著提高電池發電量。
研究人員將鈦酸鋇嵌入鈦酸鍶和鈦酸鈣之間，在電池中添加了一層薄的順電層。盡管該層沒有分離的電荷，但在某些條件下如在低溫下或化學結構稍有改變時它可以變成鐵電體。
當鐵電層與兩個不同的順電層交替時，晶格層之間的相互作用似乎導致了更高的介電常數，光電子能夠更容易地流動，產生了更強的光伏效應。
研究人員再將激光照射電池以測試新材料，結果令他們感到驚訝。與類似厚度的純鈦酸鋇相比，盡管鈦酸鋇的比例減少了近三分之二，三種不同的材料在晶格中周期性排列，鐵電材料與順電材料交替使用，電流強度高達 1,000 倍。
與純鐵電體相比，層狀結構在所有溫度范圍內都顯示出更高的發電量，晶體也明顯更耐用，不需要特殊包裝。研究人員將進行進一步的研究，以準確找出導致超強光電效應的原因。