挖掘长期被忽略的材料,新型硫基钙钛矿电池性能备受期待

钙钛矿太阳能物转换效率高、制造成本又低,惟需提高寿命与稳定性才能更靠近大规模商业化。最近美国与中国科学家挖掘一种长期被忽略的钙钛矿太阳能材料,团队声称其具有优于晶体硅太阳能的光吸收、电荷传输特性,也没有传统稳定性低的问题,认为它不该被埋没,或许能让LED与太阳能市场再度起飞。

钙钛矿是种具有通式ABX3结构的化合物,名称起源于同名矿物钙钛矿(CaTiO3),不过除了前者之外,还有许多具有这一结构的晶体,像是常见的卤化物钙钛矿电池:碘化铯铅CsPbI3、甲基氨基碘化铅三卤化甲胺铅CH3NH3PbI3等。

不过这次美国纽约水牛城大学(University at Buffalo)团队采用的不是卤化物钙钛矿,也不是新兴材料,而是存在50多年、但被人们忽略以久的硫族化物钙钛矿(chalcogenide perovskites)硫化锆钡BaZrS3,之前的研究主要都把它们磨成粉末而非制成薄膜,研究方向也非太阳能电池领域。

只是近年来许多科学家借助超级计算机或是机器学习,分析各种硫族化物钙钛矿的电子与光学特性,团队认为BaZrS3潜力极大。

团队通过激光加热来汽化氧化锆钡,并沉积在蓝宝石基板上(Sapphire,成分为氧化铝),最后再将薄膜进行硫化反应。水牛城大学物理教授Hao Zeng表示,与相同薄度的晶体硅太阳能材料相比,新型的钙钛矿薄膜光吸收强、电荷传输特性佳,转换效率也更高,即使薄膜受损,性能表现也不差,因此团队认为这有可能降低太阳能成本。

博士生Xiucheng Wei表示,未来团队还会持续研究BaZrS3的特性,以便之后将它应用在太阳能电池、光电传感器以及LED等领域。目前研究已发布在《Nano Energy》。

(首图来源:水牛城大学)

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