伊利诺大学研发新材料方法 有望促进光伏电池转换效率

美国伊利诺大学材料科学与工程系助理教授莱恩马丁（LaneMartin）认为，在设计下一代太阳能转换系统之时，首先应该研发更能有效利用太阳能光谱的方案。

马丁表示：这是一种全新的接近物质的基础方式。通过这些材料，我们能够设想出清洁燃料、废水净化与修复的无碳能源生产工艺。

二氧化钛与其它金属氧化物能够大幅提升可见光的吸收量，并促进能源设施太阳能光谱的效率利用率。凭借凝聚物理学、半导体设备工程学以及光化学，马丁研究小组研发出由这两种物质结合而成的高性能太阳能光催化剂。

马丁表示，限制氧化物系光伏或光催化剂系统性能的主要障碍在于宽带隙材料可见光吸收不良。适用于这些设施的氧化物候选材料应该是锐钛矿型二氧化钛。鉴于化学稳定性、低成本、无毒等性能，该材料是被广泛研究的光催化剂。

不过，作为染色敏化的太阳能电池的主体，光吸收燃料的存在是造成宽带隙材料可见光线吸收不足的主要原因。

论文的第一作者SungkiLee表示：据我们观察，SrRuO3不寻常的电子结构也是造成光学性质不如预期的原因之一。不过，通过将该材料与二氧化钛结合在一起，我们能够提高可见光的吸收率以及光催化剂的活性。

SrRuO3可见光吸收率强。据上图可见，SrRuO3吸收可见光量是TiO2的75倍。受到载流子注入的驱动，TiO2与SrRuO3结构、化学与电子的兼容性能够制造出具有光催化反应及光伏活力加强的异质结

Lee补充道：SrRuO3是一种电子氧化物，具有金属性质的温度、交互巡回式铁磁性，并可作为一种传导性电极广泛应用于金属氧化物异质结构之中。

通过光激发载流子注入工艺，研究人员将SrRuO3与TiO2结合，创造出一种新型异质结构。该新型结构具有新颖的光学性质，光电化学性能可提供一种有趣的新方式，促进光催化剂的活性并进一步提高其它金属氧化物的潜在应用。

该项研究可提供一种新途径，足以给可见光感光材料带来挑战，并可进行美国的临时专利申请。该研究工作主要得到碳中和能源（I2CNER）研究国际机构、日本九州大学以及美国伊利诺伊大学的联合支持。

伊利诺伊大学机械科学与工程系教授PetrosSofronis表示：I2CNER项目将部分全球领先的能源研究人员汇聚一堂。

马丁研究组的科研成功表明，I2CNER项目不仅仅是一个国际合作实验，它更体现出全球在追求绿色创新、削减二氧化碳排放量、促进基础科学以及研发环保可持续性能源技术解决方案方面的一致努力。