如何提高太陽能電池和LED的工作效率

發(fā)布時間：2021-01-08

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1. 技術(shù)背景
一個國際科學家小組，包括來自ITMO大學的一些科學家，提出了一種可以顯著提高太陽能電池和發(fā)光二極管效率的方法。科學家設(shè)法通過增加負責電子傳輸?shù)脑O(shè)備的輔助層而不是與主有源層一起工作來實現(xiàn)這一結(jié)果。該技術(shù)過程已發(fā)表在“高級功能材料”雜志上。
為保護環(huán)境而進行的斗爭以及石油和天然氣價格的急劇波動導(dǎo)致了投資者越來越多地尋求可再生能源是一個事實。這就是為什么不同國家的科學家積極至力于使可再生能源發(fā)電過程盡可能高效的原因。例如，目前正在進行提高太陽能電池效率的工作，太陽能電池是世界上蕞收歡迎的綠色能源之一。

2. 實現(xiàn)方法
通常，科學家使用負責吸收光能的細胞活性層-由硅，砷化鎵，鈣鈦礦和其他材料制成。但是太陽能電池的效率，成本和耐久性不瑾取決于有源層，而且還取決于輔助層。在提高效率的同時降低生產(chǎn)成本可以使我們增強設(shè)備的競爭優(yōu)勢。
太陽能電池的輔助層可以是電子傳輸或空穴傳輸類型的。當陽光到達有源層時，在其中形成成對的電子和電子空穴，即負電荷和正電荷。之后，需要將它們帶到其相應(yīng)的電極上。這就是輔助層進入的地方：電子傳輸層負責從有源層中提取和傳輸負電荷，而空穴傳輸層執(zhí)行與正層相同的操作。一個國際科學家小組，包括來自ITMO大學的科學家，提出了一種新方法，用于創(chuàng)建基于鈣鈦礦的太陽能電池和發(fā)光二極管輔助層。

3. 碳點是什么
“碳點是直徑為2到10納米的碳基納米顆粒，” ITMO大學高級研究助理，該研究的合著者Aleksandr Litvin解釋說。他們的表面總是含有各種官能團，這些官能團在很大程度上決定了這種材料的性能。碳點在太陽能電池中的應(yīng)用并不是什么新鮮事物，重要的是通過與官能團的作用來修飾其表面。這些基團在表面上的不同比率決定了碳點的電子構(gòu)型。因此，進行定制可以使我們獲得電極的工作功能以及施加電極的傳輸層的能級的蕞佳值。這使得可以獲得蕞大效率的蕞佳配置成為可能。

4. 技術(shù)優(yōu)點
       以這種方式獲得的材料不瑾可以用于太陽能電池，而且可以用于發(fā)光二極管的輔助層。后者具有大致相似的結(jié)構(gòu)，但過程相反：不必從有源層中除去電子和空穴，而是注入其中以產(chǎn)生電子-空穴對，在電子-空穴對中重組活性層將確保發(fā)光。在這兩種情況下，ITMO大學科學家的國際同事都達大提高了使用由上述碳點制成的輔助層而制造的設(shè)備的效率。
       “設(shè)備已經(jīng)創(chuàng)建，其性能已經(jīng)過測試，” Aleksandr Litvin總結(jié)道?！皩τ阝}鈦礦基太陽能電池，我們設(shè)法將效率從17.3％提高到了19.5％，即提高了近13％。對于發(fā)光二極管，取決于發(fā)射層的材料，外部量子效率（LED發(fā)射的光子數(shù)與注入到其中的電子數(shù)之比）增加了2.1 – 2.7倍。 ”
5. 總結(jié)
       由上可見，基于碳點的新方法可以提高太陽能電池和LED的工作效率。