極化驅動的指南用于制作高性能多功能太陽能電池

改進太陽能電池設計對于改善能耗是必不可少的。科學家們最近致力于使太陽能電池更加高效，靈活和便攜，以使其能夠集成到日常應用中。因此，已經開發了新穎的輕質且柔性的薄膜太陽能電池。然而，將效率與靈活性結合起來并不容易。為了使一種材料(通常是一種半導體)高效，它必須有一個小的“帶隙”(激發電荷載流子以進行導電所需的能量)，并且應該吸收并將大部分陽光轉化為電能。迄今為止，還沒有開發出適合薄膜太陽能電池的有效吸收體。

通常，半導體中的電荷載流子是在成對的帶負電的電子和帶正電的“空穴”(基本上是電子的“不存在”)中產生的。為了有效地導電，這些電子和空穴需要分開。一類稱為“鐵電體”的材料由于其自發的“電極化”(類似于鐵中的自發磁化現象)而可以極大地促進這種分離。然而，由于大的帶隙和差的光電轉換，他們看到了有限的光伏應用。

在《應用材料與界面》上發表的一項新研究中，韓國科學家解決了這一問題，并提出了一種新的解決方案，以“抗鈣鈦礦”氧化物的形式表示為Ba 4 Pn 2 O，其中Pn替代了砷(As)。或銻(Sb)。使用密度泛函理論計算，科學家研究了抗鈣鈦礦氧化物的各種物理性質，并發現它們表現出自發的電極化，從而使其具有鐵電性質。仁川國立大學的Youngho Kang教授主持了這項研究，他解釋說：Ba 4 Pn 2的最小能量構型在O結構中，我們發現O離子和Ba離子在相反的方向上偏離了它們的原始位置。這些位移引起非零極化，這是鐵電的經典特征。”

由于自發極化有助于電子-空穴對的分離，因此暗示抗鈣鈦礦氧化物可以有效地提取電荷載流子。此外，計算結果表明，它們的帶隙非常適合有效吸收陽光，甚至允許非常薄的Ba 4 Pn 2 O層產生大量的光電流。

如此有希望的結果使科學家對薄膜太陽能電池的未來前景感到興奮。康教授推測，“我們的研究結果是一個堅定的確認antiperovskites可以用于薄膜太陽能電池效率的吸收。鑒于其多功能性，可以有針對這些太陽能幾個現實生活中的應用細胞，甚至充手機時的陽光而且，它們的靈活性可以允許制造自動駕駛的可穿戴設備，例如智能手表。”