美國倫斯勒理工學(xué)院用無鉛硫族鈣鈦礦為太陽能電池開辟新道路

向太陽能的廣泛過渡將在很大程度上依賴于可靠、安全、廉價的技術(shù)，如用于能源儲存的電池和用于能源轉(zhuǎn)換的太陽能電池。在美國倫斯勒理工學(xué)院，研究人員就重點關(guān)注這兩個方面。

日前發(fā)表在《先進功能材料》雜志上的一項研究中，一個由工程師、材料科學(xué)家和物理學(xué)家組成的團隊展示了一種新的材料——無鉛硫族化合物鈣鈦礦——如何比其他通常被認為是更安全、更有效的選擇，這種新材料以前從未被考慮用于太陽能電池。

“這些類型的材料在第一天就給您帶來了非常好的性能，但是在三到四天之內(nèi)（最多一周），你會發(fā)現(xiàn)它們的性能急劇下降。同時，這些材料不環(huán)保，因為它們含有鉛?！睓C械，航空航天和核工程專業(yè)的教授Nikhil Koratkar說。

圖片來源倫斯勒理工學(xué)院

為了克服這一挑戰(zhàn)，Koratkar和一組研究人員，其中包括機械工程專業(yè)的博士生Tushar Gupta，演示了一種無鉛硫代鈣鈦礦的薄膜，特別是鋇鋯硫化物（BaZrS3），如何可能取代含鉛的鈣鈦礦，獲得一種更安全、更穩(wěn)定的應(yīng)用。

為了測試這種化合物將光轉(zhuǎn)化為電流的能力，研究小組用它來制造光傳感器。研究人員在實驗室的工作表明，BaZrS3在本質(zhì)上更穩(wěn)定，也更防水。他們能夠通過理論計算和計算模型證明，當(dāng)暴露在潮濕或強烈的陽光下時，BaZrS3是高度抵抗反應(yīng)或分解的。這也通過為期四周的詳細設(shè)備老化研究得到了實驗驗證。最重要的是，Koratkar說，制造這種化合物實際上比高質(zhì)量的硅更便宜。

“美國國家工程院已經(jīng)定義了14項重大挑戰(zhàn)；其中之一就是讓從太陽中獲取能量變得更便宜和更廣泛?！盞oratkar說?！斑@就是這項工作的動機，即開發(fā)出新的材料，既能與硅的效率相媲美，又能降低太陽能電池的制造成本，這是實現(xiàn)這一目標的關(guān)鍵?！?/p>