斯坦福大學(xué)的一組研究人員研究了過渡金屬二硫?qū)倩?TMD)太陽能電池在室內(nèi)環(huán)境中收集光的潛力，并發(fā)現(xiàn)與其他電池技術(shù)相比，這些設(shè)備具有最高的潛力。
TMD是一種二維材料，具有出色的半導(dǎo)體特性和高光吸收系數(shù)。這使得它們適合生產(chǎn)半透明和柔性太陽能電池，并有望應(yīng)用于航空航天、建筑、電動(dòng)汽車和可穿戴電子產(chǎn)品，這些領(lǐng)域非常需要輕質(zhì)、高功率重量比和靈活性。
“我們的工作評(píng)估了過渡型TMD太陽能電池為室內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備供電的潛力，”該研究的通訊作者Frederick Nitta告訴《光伏》雜志。“結(jié)果表明，TMD太陽能電池在各種照明條件下的表現(xiàn)都優(yōu)于商用室內(nèi)光伏電池。我們的研究強(qiáng)調(diào)，提高材料質(zhì)量和優(yōu)化設(shè)計(jì)是提高效率的關(guān)鍵。總體而言，TMD太陽能電池可以為不斷擴(kuò)大的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)提供實(shí)用、可持續(xù)的能源解決方案。”
“過渡金屬二硫化物是層狀材料，如WSe2和MoS2，它們具有高光吸收率、良好的帶隙，即使存在一些缺陷，也正在迅速成為此類應(yīng)用的‘足夠好’材料，”合著者Eric Pop補(bǔ)充道。“我們使用一個(gè)現(xiàn)實(shí)的詳細(xì)平衡模型，測(cè)量光學(xué)特性和幾種復(fù)合機(jī)制，包括缺陷，來研究它們的基本性能極限。在大多數(shù)情況下，即使使用當(dāng)今可用的材料，最大化太陽能電池性能的TMD厚度也只有20到30納米。”
在發(fā)表于《設(shè)備》雜志上的論文《用于室內(nèi)能量收集的過渡金屬二硫?qū)倩锾柲茈姵亍分校芯啃〗M考慮了由二硫化鉬(MoS2)、二硒化鉬(MoSe2)、二硫化鎢(WS2)和二硒化鎢(WSe2)等TMD材料制成的單結(jié)太陽能電池在不同材料品質(zhì)和各種室內(nèi)照明條件下的性能。
科學(xué)家使用了一個(gè)平衡模型，該模型結(jié)合了測(cè)量的光學(xué)特性以及輻射、俄歇和肖克利-里德-霍爾(SRH)復(fù)合，以及各種室內(nèi)光源，包括緊湊型熒光燈(CFL)、發(fā)光二極管(LED)、鹵素?zé)艉偷蛷?qiáng)度AM1.5G照明。
“我們發(fā)現(xiàn)，TMD太陽能電池的性能優(yōu)于現(xiàn)有的室內(nèi)光伏技術(shù)，其電能轉(zhuǎn)換效率極限在熒光燈下可達(dá)36.5%，在LED燈下可達(dá)35.6%，在鹵素?zé)粝驴蛇_(dá)11.2%，在500勒克斯的低光AM1.5G照明下可達(dá)27.6%”，科學(xué)家表示。“憑借當(dāng)今的材料質(zhì)量，TMD太陽能電池在熒光燈下可達(dá)23.5%，在LED燈下可達(dá)23.5%，在鹵素?zé)粝驴蛇_(dá)5.9%，在500勒克斯的低光AM1.5G照明下可達(dá)16.3%。”
他們得出結(jié)論，TMDPV設(shè)備有潛力超越其他商用室內(nèi)光伏技術(shù)。“未來的工作需要專注于進(jìn)一步完善TMD太陽能電池的電氣和光學(xué)設(shè)計(jì)，以充分利用其高效率潛力并使其適應(yīng)更廣泛的商業(yè)應(yīng)用，”他們說。
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