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【前沿】混合太阳能电池制备的新方法
核子先生 2015-02-02 来源: 一点资讯
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OFweek太阳能光伏网讯:德国慕尼黑工业大学的研究员们使用一个新的方法可以产生极薄和耐用的高度多孔半导体层。该项技术可以用于一个非常有前途的材料——小,重量轻,灵活的太阳能电池。这使得太阳能电池的发展又进了一步。

德国慕尼黑工业大学无机化学材料的教授手中拿着带有涂层的晶片,闪闪发光像个蛋白石。它像水晶一样牢固,并且非常薄,由于具有多孔结构而像羽毛一样轻。

通过整合合适的有机高分子材料的孔隙,科学家可以制作特定电气性能的混合材料。这样设计不仅可以节省空间,它还产生了很大的表面,提高整体效率。

“你可以想象,我们作为多孔支架的原材料,其结构类似于蜂巢。边缘上包含无机半导体锗,可以产生和存储电荷。由于“蜂窝壁”极薄,(电子)流过较短路径就可以完成充电。”Fassler解释道。

为了避免其易脆断裂,研究人员不得不运用一些技巧,把锗变成一个柔软的多孔层。传统上,腐蚀加工用于处理锗的表面结构。然而,这种自上而下的方法在原子水平上难以控制。但是新的方法解决了这一问题。

Fassler和他的团队一起设计了一种合成方法制造所需的精确的、可再生的结构,原料是九个原子排列在一起的锗。因为这些集群原子是带电的,只要它们溶解就互相排斥。只有在溶剂蒸发了的时候,才会发生络合。

 

这可以很容易地通过应用500 ℃的高温涂在晶体上而得到,也就是热化学诱导,例如,通过添加氯化锗。通过使用诸如氯化磷等其他氯化物,很容易实现对锗的掺杂。这让研究人员有了一个非常有针对性的的方法来直接调整产生的纳米材料的性能。

为了在锗原子群集形成所需的多孔结构,LMU研究员蒂娜Fattakhova-Rohlfing博士发明了一种方法能够满足这种纳米结构:初始步骤就是把微小的珠子形成三维聚合物模板。

在下一步中,锗原子群集溶液充满珠子之间的缝隙。一旦锗在小珠子的表面形成稳定的原子网络,模板就会被加热。剩下的就是孔隙率极高的纳米薄膜。

展开的的聚合物珠直径为50到200纳米而且形成一个蛋白石结构。暴露在表面的锗“脚手架”作为凹模(一种逆蛋白石结构)而形成。因此,纳米层的微光就像蛋白石一样。

仅多孔锗本身具有的独特的光学和电学性质,就能使许多能源相关的应用可以从中受益,LMU研究员Dr. Dina Fattakhova-Rohlfing说,她曾与Fassler合作,一起开发了这种材料。除此之外,我们可以用各种各样的功能材料填补孔隙。因此创造大量的新材料是很有必要的。

当和高分子材料结合时,多孔锗结构适用于新一代的发展稳定,轻量级的,灵活的太阳能电池,“当你走在路上时,它可以给手机、相机和笔记本电脑充电。”慕尼黑工业大学的功能材料的教授Peter Müller-Buschbaum解释道。

制造商在世界各地寻找轻量级和耐用的材料用于便携式太阳能电池上。到目前为止他们主要利用的是有机物,但极易受到损坏寿命较短。光和热都能导致这些聚合物易于分解和性能降低。纤薄而且耐用的锗混合层提是一个不错的选择。

接下来,研究人员想要使用这项新技术制造多孔硅层。当前正在被测试的多孔硅层可作为充电电池的阳极。这些有可能取代目前使用的石墨层电池来提高它们的能力。

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