綠能新訊

2021-08-09

太陽能電池:增強鐵電-順電超晶格中的光伏效應

目前大多數太陽能電池都是基於矽的;然而,它們的效率是有限的。這促使研究人員研究新材料,例如鈦酸鋇等鐵電體,鈦酸鋇是一種由鋇和鈦製成的混合氧化物。“鐵電意味著材料在空間上分離了正電荷和負電荷,”來自 MLU 創新能力中心 SiLi-nano 的物理學家 Akash Bhatnagar 博士解釋說。“電荷分離導致不對稱結構,使光能產生電能。” 與硅不同,鐵電晶體不需要所謂的 pn 鍵結來產生光伏效應,換句話說,不需要正摻雜層和負摻雜層。這使得生產太陽能電池板變得更加容易。

然而,純鈦酸鋇不會吸收太多陽光,因此產生的光電流相對較低。最新研究表明,將不同材料的極薄層組合在一起可顯著提高太陽能產量。巴納加爾解釋說“這裡重要的是鐵電材料與順電材料交替使用。雖然後者沒有分離的電荷,但它可以在某些條件下變成鐵電體,例如在低溫下或其化學結構略有改變時,”。

Bhatnagar 的研究小組發現,如果鐵電層不僅與一個,而且與兩個不同的順電層交替,光伏效應會大大增強。MLU 的博士生、該研究的第一作者 Yeseul Yun 解釋說:“我們將鈦酸鋇嵌入鈦酸鍶和鈦酸鈣之間。這是通過用高功率激光蒸髮晶體並將它們重新沉積在載體基板上來實現的。這產生了一種由 500 層組成的材料,厚度約為 200 奈米。”

在進行光電測量時,用激光照射新材料。結果甚至讓研究小組感到驚訝:與類似厚度的純鈦酸鋇相比,電流強度高達 1,000 倍——儘管作為主要光電元件的鈦酸鋇的比例減少了近兩倍三分之一。“晶格層之間的相互作用似乎導致了更高的介電常數——換句話說,由於光子的激發,電子能夠更容易地流動,”Akash Bhatnagar 解釋道。測量結果還表明,這種影響非常強大:在六個月的時間內幾乎保持不變。

現在必須進行進一步的研究,以準確找出導致出色光電效應的原因。Bhatnagar 相信新概念所展示的潛力可用於太陽能電池板的實際應用。“與純鐵電體相比,層狀結構在所有溫度範圍內都顯示出更高的產量。晶體也明顯更耐用,不需要特殊包裝。”