钜大LARGE | 点击量：1006次 | 2021年12月20日
将三种不同的铁电材料组合 可以将太阳能电池的光电效应提高1000倍
如果将三种不同的材料周期性地排列在一个晶格中，铁电晶体的光电效应可以增加1000倍。马丁路德大学哈雷-维滕贝格分校（MLU）的研究人员在一项研究中发现了这一点。他们通过创造钛酸钡、钛酸锶和钛酸钙的结晶层来实现这一目标，并将其交替放置在彼此的顶部。他们的研究结果发表在《科学进展》（ScienceAdvances）杂志上，这可能会大大增加太阳能电池的效率。
目前，大多数太阳能电池是基于硅的，然而，其转换效率是有限的。这促使研究人员研究新材料，如铁电体，如钛酸钡，一种由钡和钛组成的混合氧化物。铁电材料意味着该材料在空间上分离了正负电荷，MLU的SiLi-nano创新能力中心的物理学家AkashBhatnagar博士解释道："电荷分离导致了一种不对称的结构，使电力可以从光中产生。与硅不同，铁电晶体不需要所谓的pn结来产生光伏效应，换句话说，没有正负掺杂层。这使得生产太阳能电池板变得更加容易。”
然而，纯钛酸钡不吸收太多太阳光，因此产生的光电流相对较低。最新的研究表明，将不同材料的极薄层结合起来，可以大大增加太阳能产量。重要的是，铁电材料与准电材料交替使用。虽然后者没有分离的电荷，但在某些条件下，例如在低温下或当其化学结构被轻微改变时，它也可以成为铁电材料。
Bhatnagar的研究小组发现，如果铁电层不仅与一个，而且与两个不同的准电层交替使用，那么光伏效应会大大增强。MLU的博士生、该研究的第一作者YeseulYun解释说："我们将钛酸钡嵌入钛酸锶和钛酸钙之间。这是通过用高功率激光汽化晶体并将其重新沉积在载体基底上实现的。这产生了一种由500层组成的材料，其厚度约为200纳米。"
超晶格的结构表征。(A)从样品SBC222获得的横截面STEM。(B)扫描区域的一部分的高分辨STEM。该示意图描述了单元格的排列。在（C）BTO，（D）SBC555，（E）SBC252和（F）SBC222的（103）反射周围获得RSM。星形和黄色箭头分别表示STO基底和来自SL的卫星峰。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
在进行光电测量时，用激光照射这种新材料。结果甚至让研究小组感到惊讶：与类似厚度的纯钛酸钡相比，电流强度高达1000倍--尽管作为主要光电成分的钛酸钡的比例减少了近三分之二。AkashBhatnagar解释，晶格层之间的相互作用似乎导致了更高的许可率--换句话说，由于光子的激发，电子能够更容易流动。测量结果还表明，这种效应非常稳健：在六个月的时间里，它几乎保持不变。
现在必须做进一步的研究，以找出导致这种突出的光电效应的确切原因。Bhatnagar相信，新概念所展示的潜力可以在太阳能电池板中得到实际应用。该层结构在所有温度范围内显示出比纯铁电体更高的产量。晶体也明显更耐用，而且不需要特殊的包装。
