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喬治亞理工學院解決鈣鈦礦太陽能材料退化難題,開啟能源與科技新紀元

喬治亞理工學院的研究團隊在鈣鈦礦太陽能電池材料領域取得了重大進展。他們發現了導致這種新型太陽能電池材料退化的原因,並成功利用一種能夠排斥水的分子層來阻止這一過程。這項發現為克服金屬鹵化物鈣鈦礦的主要限制之一——穩定性問題,提供了解決方案。


這種材料在光能轉換效率上已可與最佳的矽基太陽能電池相媲美,而且其應用前景不僅限於太陽能領域。Juan-Pablo Correa-Baena 教授指出,鈣鈦礦材料在生產LED、光電晶體管等半導體,甚至在量子信息技術領域,例如量子通信的光發射,都具有巨大潛力。


過去十年中,隨著工程師和化學家逐步認識到鈣鈦礦在提高太陽能電池效率方面的潛力,這一領域的研究和發展迅速推進。然而,金屬鹵化物鈣鈦礦在與水和氧氣接觸時的不穩定性一直是一個挑戰。喬治亞理工的團隊通過X光散射和光譜學技術研究發現,阻止水或氧與鈣鈦礦的相互作用可以有效減少材料的退化。


團隊在鈣鈦礦薄膜上添加了一層苯乙胺碘化物(PEAI),這種分子能有效地排斥水分,從而穩定了鈣鈦礦的結構和提高其轉換效率。不過,PEAI在高溫下的穩定性不足,目前團隊正在致力於解決這一問題。


為進一步提高材料的熱穩定性,Correa-Baena 教授與化學家和材料科學家 Antonio Facchetti 合作,開發新的分子,這些分子既能阻止水分互動,又能在高溫下保持穩定。


Correa-Baena 教授表示,這些研究成果將有助於使喬治亞成為新興太陽能技術的領先地區。美國各地的公司已經開始對這項技術表現出極大興趣,正在積極將其商業化。這些在喬治亞理工學院開發的技術最終都將應用於工業界,促進喬治亞州在太陽能製造業方面的發展,包括鈣鈦礦技術的應用。


這些成果不僅有助於太陽能領域的發展,還可能應用於LED照明、光電晶體管,以及量子信息技術等多個領域,展示了鈣鈦礦材料的廣泛應用前景。這些研究成就不僅標誌著喬治亞理工學院在太陽能科技領域的領先地位,也為全球可持續能源和高科技產業的發展提供了重要貢獻。

綜合上述,喬治亞理工學院在鈣鈦礦材料研究領域取得的這一突破,不僅解決了鈣鈦礦太陽能電池的穩定性問題,還為其在多個高科技領域的應用打開了大門。隨著進一步的研究和開發,這種新型材料有望在未來的能源和科技領域發揮更加重要的作用。


該研究得到了美國教育部的支持、美國國家航空暨太空總署、國家留學基金委員會、國家自然科學基金面上項目、美國國家科學基金會、地平線歐洲計劃。


引用: Hidalgo J.、Kaiser W.、An Y.、Li R. 等人。水和氧氣的協同作用導致甲脒基鹵化物鈣鈦礦的降解。J. Am. 化學。蘇克。2023;145(45):24549–24557。


參考文獻及圖片來源:

Researchers Find They Can Stop Degradation of Promising Solar Cell Materials;


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