藝術(shù)家對月球基地活動的印象。賓夕法尼亞大學的研究人員提出了一種改進的二維過渡金屬二硫化物 (2D TMDC) 太陽能電池設(shè)計，由于其輕質(zhì)特性，這是一種很有前途的解決方案，可為太空探索和定居點提供能源。圖片來源：ESA – P. Carril

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賓夕法尼亞大學的研究人員提出了一種輕型二維過渡金屬二硫族化物 (2D TMDC) 太陽能電池的新設(shè)計，其效率有可能從 5% 提高到 12%。這些電池由于其高比功率而非常適合空間應用，通過超晶格結(jié)構(gòu)得到增強，從而增加太陽能吸收。下一步是開發(fā)一種大規(guī)模生產(chǎn)的方法。

在為太空探索和定居點提供能源時，常用的由硅或砷化鎵制成的太陽能電池仍然太重，無法通過火箭運輸。為了應對這一挑戰(zhàn)，正在探索各種輕型替代品，包括由硒化鉬薄層制成的太陽能電池，屬于二維過渡金屬二硫化物 (2D TMDC) 太陽能電池的更廣泛類別。6 月 6 日發(fā)表在Device雜志創(chuàng)刊號上的 研究人員提出了一種設(shè)備設(shè)計，可以將 2D TMDC 設(shè)備的效率從 5% 提高到 12%，正如已經(jīng)證明的那樣。

“我認為人們正在慢慢意識到 2D TMDC 是出色的光伏材料，雖然不是用于地面應用，而是用于移動應用——更靈活，如基于空間的應用，”主要作者和 Device 顧問委員會成員 Deep 說 。賓夕法尼亞大學的賈里瓦拉?！岸S TMDC 太陽能電池的重量比硅或砷化鎵太陽能電池輕 100 倍，因此這些電池突然成為一種非常有吸引力的技術(shù)?！?/p>

雖然 2D TMDC 太陽能電池的效率不如硅太陽能電池，但它們單位重量產(chǎn)生的電量更多，這一特性被稱為“比功率”。這是因為厚度僅為 3 至 5 納米（或比人類頭發(fā)薄一千倍以上）的層吸收的陽光量可與市售太陽能電池相媲美。它們的極薄使它們獲得了“2D”的標簽——它們被認為是“扁平的”，因為它們只有幾個原子厚。

二維激子太陽能電池有多好？圖片來源：Device/Hu 等人。

“高比功率實際上是任何天基光采集或能量采集技術(shù)的最大目標之一，”Jariwala 說?！斑@不僅對衛(wèi)星或空間站很重要，而且如果你想在太空中使用真正的公用事業(yè)規(guī)模的太陽能?！?/p>

“你必須運送的太陽能電池數(shù)量如此之大，以至于目前沒有太空飛行器能夠以經(jīng)濟可行的方式將這些材料運送到那里。所以，真正的解決方案是你加倍使用重量更輕的電池，這會給你帶來更多的能量?！?/p>

二維 TMDC 太陽能電池的全部潛力尚未完全發(fā)揮，因此 Jariwala 和他的團隊一直在尋求進一步提高電池的效率。通常，這種類型的太陽能電池的性能是通過制造一系列測試設(shè)備來優(yōu)化的，但 Jariwala 的團隊認為通過計算建模來實現(xiàn)這一點很重要。

此外，該團隊認為，要真正突破效率極限，必須正確考慮設(shè)備的定義特征之一（并且對建模具有挑戰(zhàn)性）特征：激子。

當太陽能電池吸收陽光時會產(chǎn)生激子，它們的主要存在是 2D TMDC 太陽能電池具有如此高的太陽能吸收的原因。當激子的帶正電和帶負電的成分被匯集到單獨的電極時，太陽能電池就會產(chǎn)生電能。

通過以這種方式對太陽能電池進行建模，該團隊能夠設(shè)計出一種效率比已經(jīng)通過實驗證明的高出一倍的設(shè)計。

“這個設(shè)備的獨特之處在于它的超晶格結(jié)構(gòu)，這基本上意味著二維 TMDC 的交替層被間隔層或非半導體層隔開，”Jariwala 說?！皩痈糸_可以讓你在細胞結(jié)構(gòu)內(nèi)多次反射光，即使細胞結(jié)構(gòu)非常薄?！?/p>

“我們沒想到這么薄的電池會看到 12% 的值。鑒于目前的效率低于 5%，我希望在未來 4 到 5 年內(nèi)，人們可以實際展示效率為 10% 或更高的電池?！?/p>

Jariwala 表示，下一步是考慮如何為所提議的設(shè)計實現(xiàn)大規(guī)模的晶圓級生產(chǎn)?！艾F(xiàn)在，我們正在通過將單個材料一層一層地轉(zhuǎn)移來組裝這些超晶格，例如紙張。就好像你把它們從一本書上撕下來，然后像一疊便利貼一樣把它們粘在一起，”Jariwala 說?！拔覀冃枰环N方法來直接在另一種材料之上生長這些材料?！?/p>版權(quán)聲明：本文轉(zhuǎn)載僅僅是出于傳播信息的需要，并不意味著代表本網(wǎng)站觀點或證實其內(nèi)容的真實性；如其他媒體、網(wǎng)站或個人從本網(wǎng)站轉(zhuǎn)載使用，須保留本網(wǎng)站注明的“來源”，并自負版權(quán)等法律責任；作者如果不希望被轉(zhuǎn)載或者聯(lián)系轉(zhuǎn)載稿費等事宜，請與我們接洽。

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