將磷烯納米帶聚集到鈣鈦礦基太陽能電池中，可以使其效率與硅基的電池相媲美。
研究人員在報告中指出成功將一種2D材料集成在鈣鈦礦基太陽能電池中，使這種電池效率有大幅提高，可以與硅基的電池相媲美。
由帝國理工學院（Imperial College London）和倫敦大學學院（University College London）組成的一對研究小組研究了磷烯納米帶（PNRs），PNRs是一種2D含磷的帶狀線材料。PNRs與石墨類似，由單原子厚的原子層組成，具有高導電性。
研究人員在2019年首次生產這些材料，此后的理論實驗表明，它們可以增強眾多電子設備，包括電池、生物醫學傳感器和量子計算機。
研究人員表示，現在帝國理工學院和倫敦大學學院的研究團隊已經在一個實際的原型太陽能電池板上進行了試驗，該試驗證實了磷烯納米帶的確具備了提高電池效率的潛力。
帝國理工學院化學系和可加工電子中心教授兼研究員Thomas Macdonald說：“數百次的理論研究已經預見了PNRs的優秀特性，但目前尚未有報告公開證明這些特性，或許可以將這些特性轉化為更好的設備性能。”
Thomas Macdonald表示，研究團隊已經展示了PNRs不僅可以作為高性能太陽能電池途徑的證據，還驗證了這種納米材料在下一代光電設備中的多功能性。
新型太陽能電池板
研究人員通過鈣鈦礦制成太陽能電池，鈣鈦礦是一種晶體結構的復合材料，長期以來一直被視為太陽能電池中補充或替代硅的下一代材料。事實上，與硅相比，鈣鈦礦具有幾個優點，其中包括更高的性能和更低的生產成本。
更低的成本原因在于鈣鈦礦可以在液體中噴墨打印出來，形成柔性薄膜。研究人員將PNRs作為額外的一層被打印在薄膜上，以提高設備功能和效率。
研究人員在《American Chemical Society》期刊中發表了，與傳統硅太陽能電池相比，新研制的電池性能超過21%。接近于迄今為止在實驗室證明的鈣鈦礦基電池的最高效率，約為25%。
研究人員還通過實驗找出了PNRs可以提高效率的原因，實驗證明了材料中存在一種稱為“空穴遷移率”的現象。
研究人員表示，空穴是電子在電傳輸中的相反伙伴，因此提高它們的遷移率(衡量它們在材料中移動速度的指標)有助于電流在設備的各層之間更有效地移動。
研究人員在一種鈣鈦礦太陽能電池層中添加一層磷烯納米帶，有效的提高電池性能。
應用以及未來研究
Macdonald說，通過實驗驗證PNRs如何改進太陽能電池，研究人員表示他們會為光電器件或發光或探測光的設備繼續創建新的設計規則。
Macdonald說，“我們的研究結果顯示，預測PNRs的功能電子特性優化應用性能，凸顯了新發現的納米材料的真正重要性和實用性，并為基于PNR的光電設備設定基準。”
研究團隊計劃繼續PNRs的研究，以及PNRs如何在電子設備中工作，從而找出更多可以提升性能的方法。研究人員還計劃調查如何改變納米帶的表面，以提高該材料獨特的電子性能。
中國化學與物理電源行業協會 楊柳
2022.3.10