光伏發(fā)電的鈣鈦礦材料

太陽(yáng)的光線出現(xiàn)在生活中的每一個(gè)地方，人們的生活已經(jīng)離不開太陽(yáng)，太陽(yáng)能不僅為植物生長(zhǎng)提供光源，而且也能為人類提供能源，現(xiàn)在的光伏發(fā)電就是很大程度上利用了太陽(yáng)能。鈣鈦礦太陽(yáng)電池在短短7年間光電轉(zhuǎn)換效率突破25%，媲美已有40多年發(fā)展歷程的傳統(tǒng)晶硅太陽(yáng)電池，伴隨性能研究的深入，其科學(xué)機(jī)制研究日益?zhèn)涫荜P(guān)注。

近日，南開大學(xué)電子信息與光學(xué)工程學(xué)院李躍龍副教授與廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院洪文晶教授團(tuán)隊(duì)、英國(guó)蘭卡斯特大學(xué)科林·蘭伯特院士合作，在國(guó)際上首次報(bào)道了鈣鈦礦材料在納米尺度電荷輸運(yùn)中的獨(dú)特量子干涉效應(yīng)，為制備基于量子效應(yīng)的鈣鈦礦材料和器件提供了可能，相關(guān)研究成果于近日在線發(fā)表于國(guó)際權(quán)威期刊《自然·通訊》上。

鈣鈦礦材料由于其優(yōu)異的光電子學(xué)特性成為近年來材料科學(xué)研究熱點(diǎn)，在太陽(yáng)能電池、發(fā)光二極管和光電檢測(cè)器等領(lǐng)域已有諸多成功應(yīng)用。“電荷在鈣鈦礦材料中的輸運(yùn)過程是影響其性能的關(guān)鍵步驟之一，理解和研究鈣鈦礦材料中，電子輸運(yùn)在納米尺度下的獨(dú)特效應(yīng)，對(duì)鈣鈦礦材料與器件的設(shè)計(jì)和性能進(jìn)一步提升具有重要指導(dǎo)意義。”李躍龍說。

為此，李躍龍等研究人員設(shè)計(jì)合成了一系列鈣鈦礦量子點(diǎn)，并依托廈門大學(xué)洪文晶教授團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的具有皮米級(jí)位移調(diào)控精度的科學(xué)儀器，對(duì)鈣鈦礦量子點(diǎn)開展原位測(cè)試。通過金電極在鈣鈦礦晶胞間的滑移，研究人員實(shí)現(xiàn)了對(duì)單個(gè)晶胞上距離僅5埃米不同連接位點(diǎn)之間的電荷輸運(yùn)測(cè)試，并意外觀測(cè)到當(dāng)電極連接到同一晶胞不同位點(diǎn)時(shí)，其電荷輸運(yùn)能力具有了接近一個(gè)量級(jí)的顯著增強(qiáng)。通過與科林·蘭伯特院士合作，研究人員揭示了這一未曾報(bào)道的電導(dǎo)增強(qiáng)現(xiàn)象，源于電荷輸運(yùn)經(jīng)由納米尺度鈣鈦礦材料時(shí)發(fā)生的量子干涉效應(yīng)。

這一跨學(xué)科國(guó)際合作取得的重要突破，成功將量子干涉研究體系拓展至鈣鈦礦材料領(lǐng)域，有望揭開高效鈣鈦礦太陽(yáng)能電池等光電器件背后的秘密，并開辟基于量子效應(yīng)的新型高性能鈣鈦礦光電器件的全新研究領(lǐng)域。相信再過幾年到幾十年，當(dāng)人類利用太陽(yáng)能的技術(shù)很成熟的時(shí)候，這樣就有了無窮盡的能源供給社會(huì)的使用，再當(dāng)下就需要研究者更加努力研究新技術(shù)。