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超越石墨烯的二維材料在太陽能電池應用中的作用

發布日期:2019-05-29 瀏覽:99 次  
 
無機晶體硅今日十一运夺金预测占據了90%以上的市場份額,盡管最近在開發有機和鈣鈦礦等新型結構和材料方面的研究工作激增。
大多數商用太陽能電池使用結晶硅作為吸收層的原因包括長期穩定性、硅的豐富性、相對較低的制造成本、其他元素摻雜的能力以及天然氧化物鈍化層。然而,晶體硅的間接帶隙性質使它成為一個較差的光發射器,限制了它的太陽能轉換效率。例如,與鈣鈦礦非凡的高吸光系數相比,硅需要1000倍以上的材料才能吸收相同數量的陽光。
為了降低每瓦成本,提高未來幾代太陽能電池的每克功率利用率,降低有源吸收器的厚度是一個關鍵的設計要求。這就是像石墨烯這樣的新型二維(2D)材料發揮作用的地方,因為它們可以制造更薄、更輕、更靈活的太陽能電池。
在太陽能電池中,由于界面上兩種不同材料之間的勢能勢壘而形成的電場能夠將材料內部吸收光而產生的電子和空穴分離開來。根據界面材料的類型,有三種類型的結:同結、異質結(形成于具有不同能帶隙的半導體之間)和肖特基結(發生帶彎曲的金屬-半導體結)。
雖然石墨烯可以更好地將光傳輸到半導體中,但它也與硅形成肖特基勢壘結,從而有效地分離電子-空穴對并收集載流子。石墨烯作為透明導電電極和結層(空穴收集器)在石墨烯-硅太陽能電池中的作用。ITO作為有機和鈣鈦礦基太陽能電池的透明導電電極具有重要作用,但也存在一些不足。
在這些有機今日十一运夺金预测中,石墨烯——由于其高導電性、理想的工作功能和最佳的表面形態——可以作為ITO的潛在替代品,同時在透明度、導電性、靈活性方面提供類似的性能,具有更高的材料利用率和更低的加工成本。
綜述了石墨烯基電極材料、電荷傳輸層材料、有機太陽能電池的十年期材料以及鈣鈦礦太陽能電池的電荷傳輸層和穩定材料的作用。
超越石墨烯的二維材料在太陽能電池應用中的作用。
理論上,一個亞納米厚度的TMDC單層膜可以吸收50nmSi或15nm砷化鎵(GaAs)的陽光,因此可以產生高達4.5mAcm-2的電流。研究討論并計算了TDMCs在硅基太陽能電池、有機太陽能電池和鈣鈦礦太陽能電池中的潛在性能。
超薄二維/二維異質結太陽能電池的概念
    “從光伏的角度來看,全2d太陽能電池的想法似乎不是很有效,因為傳統使用的活性材料要厚得多,從而吸收更多的陽光。”
      然而,有趣的是,這種今日十一运夺金预测有潛力超越基于Si和GaAs的傳統光伏電池的性能。TMDCs在光譜的可見光到近紅外波段有一個帶隙,這使它們成為太陽能電池應用的理想材料。 “此外,作為單層厚度的直接帶隙半導體,它們具有很高的輻射效率。再加上它們每單位厚度的吸收系數(大于Si、GaAs和鈣鈦礦)顯著提高,使得它們適合于高度吸收超薄光伏器件。具有鋒利、干凈界面的原子薄層的強吸收使得活性物質的每克利用率達到最高。”

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