鈣鈦礦材料
鈣鈦礦是由鈦酸鈣(化學(xué)式CaTiO)組成的鈣鈦氧化物礦物。鈣鈦礦具有近立方結(jié)構(gòu)，通式為ABO3。通常鈣鈦礦化合物具有化學(xué)式 ABX3，其中“A”和“B”代表陽(yáng)離子，X 是與兩者結(jié)合的陰離子。 大量不同的元素可以結(jié)合在一起形成鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。 利用這種成分的靈活性，科學(xué)家們可以設(shè)計(jì)出具有多種物理、光學(xué)和電學(xué)特性的鈣鈦礦晶體。 如今，鈣鈦礦晶體已在超聲波機(jī)器、存儲(chǔ)芯片以及現(xiàn)在的太陽(yáng)能電池中發(fā)現(xiàn)。
鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)示意圖
鈣鈦礦的潛在應(yīng)用多種多樣，包括用于傳感器和催化劑電極、某些類型的燃料電池、太陽(yáng)能電池、激光器、存儲(chǔ)設(shè)備和自旋電子學(xué)應(yīng)用。
鈣鈦礦的清潔能源應(yīng)用
所有光伏太陽(yáng)能電池都依賴于半導(dǎo)體——介于玻璃等電絕緣體和銅等金屬導(dǎo)體之間的材料——將能量從光轉(zhuǎn)化為電能。來自太陽(yáng)的光激發(fā)半導(dǎo)體材料中的電子，這些電子流入導(dǎo)電電極并產(chǎn)生電流。
自 1950 年代以來，硅一直是太陽(yáng)能電池中使用的主要半導(dǎo)體材料，因?yàn)樗陌雽?dǎo)體特性與太陽(yáng)光線的光譜非常吻合，而且相對(duì)豐富且穩(wěn)定。然而，傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池板中使用的大硅晶體需要使用大量能源的昂貴的多步驟制造工藝。在尋找替代品的過程中，科學(xué)家們利用鈣鈦礦的可調(diào)諧性來制造具有與硅相似特性的半導(dǎo)體。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池可以使用簡(jiǎn)單的添加劑沉積技術(shù)(如印刷)制造，成本和能源只是其中的一小部分。由于鈣鈦礦的成分靈活性，它們也可以調(diào)整為與太陽(yáng)光譜完美匹配。
2012 年，研究人員首次發(fā)現(xiàn)了如何使用鹵化鉛鈣鈦礦作為光吸收層來制造穩(wěn)定的薄膜鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，其光光子到電子的轉(zhuǎn)換效率超過 10%。從那時(shí)起，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的太陽(yáng)光到電能的轉(zhuǎn)換效率直線上升，實(shí)驗(yàn)室記錄達(dá)到了 25.2%。研究人員還將鈣鈦礦太陽(yáng)能電池與傳統(tǒng)的硅太陽(yáng)能電池相結(jié)合——這些“硅上鈣鈦礦”串聯(lián)電池的效率目前為 29.1%(超過傳統(tǒng)硅電池 27% 的記錄)，并迅速上升。隨著電池效率的迅速提高，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池和鈣鈦礦串聯(lián)太陽(yáng)能電池可能很快成為傳統(tǒng)硅太陽(yáng)能電池的廉價(jià)、高效替代品。
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