<p>在所有將國家能源供應轉換為可再生能源的努力中，太陽能仍然只占美國發(fā)電量的不到3%。部分原因是生產太陽能電池的成本相對較高。</p> <p>&nbsp;</p> <p>降低生產成本的一種方法是開發(fā)使用比目前硅基電池更便宜的材料的太陽能電池。為了實現這一目標，一些工程師將注意力集中在鹵化物鈣鈦礦上，這是一種人造材料，具有立方體狀的重復晶體。</p> <p>&nbsp;</p> <p>從理論上講，鈣鈦礦太陽能電池可以用比硅成本更低、更容易獲得的原材料制造;它們還可以使用更少的能源和更簡單的制造過程來生產。</p> <p>&nbsp;</p> <p>但到目前為止，一個絆腳石是鈣鈦礦暴露在光和熱下會分解，這對于從太陽能中產生能量的設備來說尤其成問題。</p> <p>&nbsp;</p> <p>現在，由加州大學洛杉磯分校領導的一項國際研究合作已經開發(fā)出一種在太陽能電池中使用鈣鈦礦的方法，同時保護鈣鈦礦不受導致其惡化的條件的影響。在《自然材料》雜志上發(fā)表的一項研究中，科學家們直接向鈣鈦礦中添加了少量的離子(帶電原子)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>他們發(fā)現，增強后的鈣鈦礦不僅在暴露于光和熱時更加耐用，而且還能更有效地將光轉化為電能。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;可再生能源是至關重要的，&rdquo;通訊作者楊陽說，他是加州大學洛杉磯分校薩繆利工程學院的工程學教授，加州大學洛杉磯分校加州納米系統研究所的成員。&ldquo;鈣鈦礦將成為游戲規(guī)則的改變者，因為它可以以硅不能的方式大規(guī)模生產，而且我們已經確定了一種添加劑，可以使材料變得更好。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>鹵化物鈣鈦礦將光轉化為電的能力是由于其分子形成重復的立方體網格的方式。這種結構是由帶相反電荷的離子之間的鍵結合在一起的。但是光和熱往往會導致帶負電荷的離子從鈣鈦礦中冒出來，這會破壞晶體結構，降低材料的能量轉換性能。</p> <p>&nbsp;</p> <p>釹通常用于麥克風、揚聲器、激光器和裝飾玻璃。它的離子大小剛好可以嵌入立方鈣鈦礦晶體中，并且它們攜帶三個正電荷，科學家們假設這有助于將帶負電荷的離子固定在適當的位置。</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究人員在每10,000個鈣鈦礦分子中添加了大約8個釹離子，然后測試了這種材料在太陽能電池中的性能。使用增強鈣鈦礦的太陽能電池在最大功率下工作，并暴露在連續(xù)光照下超過1000小時，在將光轉換為電能方面保持了約93%的效率。相比之下，在相同條件下，使用標準鈣鈦礦的太陽能電池在300小時后失去了一半的能量轉換效率。</p> <p>&nbsp;</p> <p>圖中顯示了未改變的鈣鈦礦分子(左)與碘離子(紫色)遷移的結構;鈣鈦礦分子與釹離子(紅色)加入，以幫助保留碘離子。</p> <p><br />研究小組還在沒有任何設備充電的情況下對太陽能電池進行連續(xù)照射，這加速了鈣鈦礦的降解。使用鈣鈦礦和釹的設備在超過2000小時后仍保留了84%的功率轉換效率，而使用標準鈣鈦礦的設備在此時間后沒有保留其效率。</p> <p>&nbsp;</p> <p>為了測試這種材料的耐高溫能力，研究人員將這兩種材料的太陽能電池加熱到華氏180度左右。增加鈣鈦礦的太陽能電池在2000多個小時后仍然保持了大約86%的效率，而標準的鈣鈦礦設備在這段時間內完全失去了將光轉化為電能的能力。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在之前許多旨在使鈣鈦礦更耐用的研究中，研究人員嘗試在材料上添加保護層，但這在很大程度上失敗了。增強材料本身的想法來自第一作者趙燁品，他是楊實驗室的博士后研究員。趙說，他的靈感來自于硅半導體生產中常用的一種技術&mdash;&mdash;加入少量其他化合物來改變材料的性質。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;離子傾向于穿過鈣鈦礦，就像高速公路上的汽車一樣，這導致材料分解，&rdquo;趙說。&ldquo;對于釹，我們發(fā)現了一個障礙，可以減緩運輸速度，保護材料。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>楊說，這一進展可以幫助鈣鈦礦太陽能電池在未來兩到三年內進入市場。</p> <p>&nbsp;</p> <p>加州大學洛杉磯分校這項研究的其他作者包括Shaun Tan、黃天一、王睿和薛晶晶，他們都獲得了博士學位;博士后研究員董孟、韓泰熙;博士生楊文欣、邢啟宇;最近獲得碩士學位的張安妮(Anni Zhang);大學生周一凡和張伊麗莎白。其他合著者來自土耳其馬爾馬拉大學、韓國成均館大學、中國大連理工大學和西湖大學、華盛頓州立大學、加州大學歐文分校和圣路易斯華盛頓大學。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項研究得到了美國能源部、韓國國家研究基金會、中國國家自然科學基金會和土耳其科學技術研究委員會的資助。</p> <p>&nbsp;</p> <p>標簽:研究|能源|可持續(xù)性|工程|科學</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學態(tài)度觀點。</p> </blockquote>