ORNL研究3D打印和鈣鈦礦結(jié)合,，開發(fā)新一代高性能太陽能電池

2022年4月1日，南極熊獲悉,，橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的研究人員對鈣鈦礦有了新的發(fā)現(xiàn),，鈣鈦礦最初被認為是一種由鈣、鈦和氧組成的晶體�,，F(xiàn)在,，ORNL利用納米相材料科學中心(CNMS) 的先進設(shè)備對金屬鹵化物鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)有了新的發(fā)現(xiàn)。

該團隊認為,，他們可以設(shè)計出更高效,、更堅固的太陽能電池和其他光伏設(shè)備,，還包括3D打印設(shè)備�,！斑@些材料大多是在靜態(tài)條件下研究的,，”該研究的主要研究者劉永濤解釋說,�,！拔覀儗崟r研究了這些材料，結(jié)果表明,，這些離子遷移模式是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的效率和太陽能電池穩(wěn)定性的關(guān)鍵,。”該研究還深入研究了這種結(jié)構(gòu)如何與運動中的離子等現(xiàn)象相互作用,，從而將光轉(zhuǎn)化為電能,。

△金屬鹵化物鈣鈦礦中晶格畸變、應(yīng)變和離子分布的圖示,。圖片來自O(shè)RNL

開發(fā)新一代高性能太陽能電池,，解決氣候變暖問題
這項研究背后的團隊相信，它可以生產(chǎn)更高效,、更強勁的光伏設(shè)備,，有助于引領(lǐng)可靠的清潔能源可持續(xù)發(fā)展。Olga Ovchinnikova與ORNL共同對這項技術(shù)進行開發(fā),，當談到了使用3D打印技術(shù)所帶來的好處時,，說道“我們可以使用該技術(shù)來制造可穿戴設(shè)備，把它們放在汽車上,，當真正普及鈣鈦礦太陽能電池的時候,。你可以把它們放在任何地方。Olga Ovchinnikova認為,，在未來,，3D打印技術(shù)未來將在這個領(lǐng)域發(fā)揮重要作用�,！�

鈣鈦礦與3D打印
雖然近年來ORNL已經(jīng)使用3D打印技術(shù),，但問題是為什么一定是3D打印技術(shù)與鈣鈦礦結(jié)合?正如前面提到的，研究人員研究這種材料的主要原因之一是它的轉(zhuǎn)換效率,。目前,，標準的多晶硅太陽能電池已經(jīng)達到了23%的峰值轉(zhuǎn)換效率，而鈣鈦礦似乎可以超過這個水平,。雖然研究人員沒有提到轉(zhuǎn)換速率可能是多少,，但他們指出，研究表明,，這種材料具有巨大潛力,。

此外,，鈣鈦礦還因輕質(zhì)、柔韌性和價格低廉而成為研究人員青睞的材料,。由于這些特性,，可以設(shè)計出可以覆蓋任何類型表面的薄膜。在這種情況下,，3D打印特有的可設(shè)計下性可以提供更大的優(yōu)勢,，特別是在制造具有復雜幾何形狀零件時。

△鈣鈦礦太陽能電池,。照片來自 Solliance

致力于更持久的鈣鈦礦
然而,，目前由于一些技術(shù)上的限制，目前鈣鈦礦還不能完全普及,。與硅相比,，這種礦物降解得更快，這讓它很不耐用,。為了進行這樣一項開創(chuàng)性的綜合研究,，該團隊必須開發(fā)一套新的表征方法來分析從材料的化學到物理性質(zhì)的所有方面。因此傳統(tǒng)的質(zhì)譜儀和掃描探針顯微鏡等設(shè)備還不能滿足,，所以研究人員正在使用ORNL的先進設(shè)備CNMS來解決這個問題,。

“質(zhì)譜儀沒辦法向我們展示離子是如何移動的，”O(jiān)vchinnikova 解釋說,�,！耙虼耍�我們使用了一種將質(zhì)譜儀和掃描探針顯微鏡結(jié)合在一個系統(tǒng)中的新型儀器,。我們還在該系統(tǒng)上開發(fā)了一種方法,，使我們能夠在材料與光實時相互作用時看到離子的移動，并結(jié)合新的機器學習方法來獲取數(shù)據(jù)并進行研究,�,！�

該團隊現(xiàn)在已經(jīng)為他們設(shè)計的方法申請了專利。未來的工作將涉及使用這些技術(shù)開發(fā)更耐用的太陽能電池鈣鈦礦,，以及將它們用于其他類別的材料以了解它們的特性,。

△橡樹嶺國家實驗室。照片來自 ORNL

Ovchinnikova總結(jié)道“現(xiàn)在我們更好地了解了一些基礎(chǔ)物理學,，我們正在研究如何設(shè)計和改進材料以增強其光伏效應(yīng),。”

南極熊獲悉,，金屬鹵化物鈣鈦礦(mps)作為一種最具活性的材料,，因其在光電子領(lǐng)域的優(yōu)異性能而受到廣泛的關(guān)注。由于它們的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，鐵電性預(yù)期在這類材料,。然而,，msps是否具有鐵電性仍是一個謎。最近,，人們也開始討論msps中的鐵彈性,。此外，離子運動和結(jié)構(gòu)動力學在MHPs中是眾所周知的,。這些現(xiàn)象包括電極化,、應(yīng)變、離子運動和結(jié)構(gòu)動力學的相互作用可以對光電子學產(chǎn)生重大影響,。如您對鈣鈦礦有興趣也可以點擊此鏈接,，獲取更多相關(guān)信息。