极化驱动的指南用于制作高性能多功能太阳能电池

改进太阳能电池设计对于改善能耗是必不可少的。科学家们最近致力于使太阳能电池更加高效，灵活和便携，以使其能够集成到日常应用中。因此，已经开发了新颖的轻质且柔性的薄膜太阳能电池。然而，将效率与灵活性结合起来并不容易。为了使一种材料(通常是一种半导体)高效，它必须有一个小的“带隙”(激发电荷载流子以进行导电所需的能量)，并且应该吸收并将大部分阳光转化为电能。迄今为止，还没有开发出适合薄膜太阳能电池的有效吸收体。

通常，半导体中的电荷载流子是在成对的带负电的电子和带正电的“空穴”(基本上是电子的“不存在”)中产生的。为了有效地导电，这些电子和空穴需要分开。一类称为“铁电体”的材料由于其自发的“电极化”(类似于铁中的自发磁化现象)而可以极大地促进这种分离。然而，由于大的带隙和差的光电转换，他们看到了有限的光伏应用。

在《应用材料与界面》上发表的一项新研究中，韩国科学家解决了这一问题，并提出了一种新的解决方案，以“抗钙钛矿”氧化物的形式表示为Ba 4 Pn 2 O，其中Pn替代了砷(As)。或锑(Sb)。使用密度泛函理论计算，科学家研究了抗钙钛矿氧化物的各种物理性质，并发现它们表现出自发的电极化，从而使其具有铁电性质。仁川国立大学的Youngho Kang教授主持了这项研究，他解释说：Ba 4 Pn 2的最小能量构型在O结构中，我们发现O离子和Ba离子在相反的方向上偏离了它们的原始位置。这些位移引起非零极化，这是铁电的经典特征。”

由于自发极化有助于电子-空穴对的分离，因此暗示抗钙钛矿氧化物可以有效地提取电荷载流子。此外，计算结果表明，它们的带隙非常适合有效吸收阳光，甚至允许非常薄的Ba 4 Pn 2 O层产生大量的光电流。

如此有希望的结果使科学家对薄膜太阳能电池的未来前景感到兴奋。康教授推测，“我们的研究结果是一个坚定的确认antiperovskites可以用于薄膜太阳能电池效率的吸收。鉴于其多功能性，可以有针对这些太阳能几个现实生活中的应用细胞，甚至充手机时的阳光而且，它们的灵活性可以允许制造自动驾驶的可穿戴设备，例如智能手表。”