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运输属性

运输属性

物理学家提出‘wireless’ solar cells

18 Feb 2013
多层镧钒酸盐和钛酸锶结构

奥地利的物理学家提出了一种依赖于某些绝缘体的令人惊讶的房产的新型太阳能电池。该设计依赖于十年前的发现,两个绝缘氧化物之间的界面可以变得金属,这可以消除太阳能电池中对金属线的需求。如果可以减少生产氧化物层状结构的成本,则研究可能导致新型的高效光伏电池。

2004年Harold Hwang和Akira Ohtomo使得当在绝缘体钛酸锶上生长一层绝缘体镧钛酸钛酸盐时,在界面处形成2D电子气体,使其成为金属。该现象是由于氧化物氧化物边缘处的电荷累积引起的,因为它符合非极性氧化物。它已经在其他氧化物界面中看到,并且已经被尝试开发新的和改进的电子设备的多个研究组调查。

进行界面

现在,维也纳理工大学的独立研究人员,橡树岭国家实验室和WüRzburg已经完成了计算,表明该效果可用于创建一种新型的太阳能电池–通过导电界面而不是金属线来提取所产生的电流的一个。

太阳能电池依赖于光电效应,其中在材料的价带中撞击电子的光子促使其促使其延伸到导带,留下带正电荷的“hole”。必须从光伏材料中除去电子和孔,而不将它们的能量重新结合或消散到晶格振动中。

诸如镧钛酸盐的极性氧化物含有内部电场和正极和带负电的原子。橡树山脊’S Satoshi Okamoto及其同事推断,这种极化将在重组之前有助于将电子和孔分开。如果这种极性氧化物与适当的非极性氧化物配对,则界面将是金属的。结果,可以从装置的任一侧提取电子和孔,而不用线覆盖表面,这阻挡了一些光到达电池的有源区。

最大化吸收

研究人员首先需要一种可以吸收尽可能多的太阳能的氧化物。一个材料’S带隙是其价和导带之间的能量差。能量小于带隙的光子不能产生电子–孔对,而具有能量大于带隙的光子会产生成对。然而,在后一种情况下,带有超过带隙的能量被丢失为热量。结果,带隙应该足够低,以吸收大量的太阳能光子,但足够高,以从吸收的光子中提取尽可能多的能量。

研究人员在镧钒酸盐上落户,具有1.1的带隙 eV –可见光在1.5中–3.5 EV能量范围。它们使用密度泛函理论来模拟由在钛酸锶基底生长的镧钒酸盐层构成的太阳能电池的行为。在基于它们的结果,他们无法精确预测设备效率,而研究人员认为设计的固有优势值得进一步调查。

捕获更高能量的光子

研究人员还表明,通过在钒酸盐顶部掺入一层镧系镧即系中,可以进一步提高太阳能电池的效率。镧的铁貂的带隙为2.2  EV,因此可以在该层中捕获更高能量的光子,使较低能量的光子捕获由镧钒酸盐捕获。在W大学正在进行生产原型太阳能电池的项目ürzburg.

乐观但谨慎

Okamoto谨慎乐观态度,无论太阳能电池是否可以高效,以使它们在经济上可行。“他们可能变得竞争力,但它需要很长时间,” he says. “目前,只有有限数量的设施可以使用非常先进的薄膜生长方法种植这种异质结构。我希望当人们充分了解这些太阳能电池的最佳成本时,费用会降低。”

Neil Greenham,在剑桥大学的新型太阳能电池上工作,描述了该研究,发表于 物理评论信, 作为“一个有趣的理论论文”但强调,在产生工作原型之前,不可能评估太阳能电池是否与电流设计有任何实际优点。他还提出了简单地结合两个外延层的断言可以允许电子–孔对用两种不同的能量收集,表明,除非是电子–可以单独提取空穴对,在镧系元素中的电子捕获的任何额外的能量将被倾倒到晶格中,就像通过钒酸镧一样。

Okamoto回应了光静脉的电子和孔应穿过钒酸盐薄膜“a few femtoseconds”,这少于将能量失去莱迪思所需的时间。

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