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新材料:碘化铜可让钙钛矿太阳能电池更便宜
2014-07-02 17:03:08
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化工资讯网整理编辑:来自美国诺特丹大学的一批科研人员近日发现了一种较为廉价的无机材料,这种材料可以取代钙钛矿太阳能电池中的比较贵的有机空穴导体,从而使得这种高效的太阳能电池变得更为经济和便宜。
钙钛矿太阳能电池是当今最有前途的几种光伏技术之一,其理论转化效率最高可达50%,为目前市场上太阳能电池转化效率的两倍,能大幅降低太阳能电池的使用成本。虽然钙钛矿材料相对便宜,但用其制造太阳能电池还需要用到一种名为spiro-OMeTAD的有机空穴导电聚合物,其市场价格是黄金的10倍以上。
钙钛矿是一类具有特定晶体结构的材料,对太阳能电池的制造而言,这种结构具有天然优势:较高的电荷载体迁移率和较好的光线扩散性能,使光电转换过程中的能量损失极低。虽然碘化铜能够充当钙钛矿太阳能电池中的空穴导体现在才被证明,但铜系导体之前就被认为能够在染料敏化太阳能电池和量子点太阳能电池中充当重要角色,而最具吸引力的是它们优良的导电性能。碘化铜导体的导电率比spiro-OMeTAD高两个数量级,这使其能达到更高的填充系数,也决定了用其制成的太阳能电池具有更大的功率。但目前的研究结果表明,包含碘化铜的钙钛矿太阳能电池,在转化效率上暂时不及原有技术。研究人员认为这可能与其较低的电压相关。这一点未来有望通过降低其较高的重组率来弥补。
科学家们发现,这种碘化铜太阳能电池还有一个突出优势,就是具有良好的稳定性。在实验中证明,经过持续两小时的光照后,这种电池的电流无丝毫的降低,而spiro-OMeTAD太阳能电池产生的电流则有所下降,大概下降了10%。这一点对于太阳能电池来说至关重要。科学家们下一步将对实验步骤进行优化,以期待使实验更为高效。
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中国可再生能源利用总量居世界首位
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未来一年中国还有望成为全球最大的风机涡轮出口商,在太阳能热水器、节能家电以及可充电电池等低碳产品市场将更具有竞争力。
尽管中国75%的发电量仍来自煤电,但中国已开始引进更高效的火力发电设备,并要求最大的1000家企业务必达到单位能耗降低20%的节能目标。低碳排放经济、绿色就业以及能效技术投资正在成为中国未来经济增长和能源安全的保障。
可持续发展是新世纪发展的主题,能源作为经济运行的血液,已成为经济界、科技界及各国政府优先考虑的问题。中国的能源基本上是自给自足,还处于封闭状态,(编辑:YD)
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石墨烯的发展历史与特性
化学词典为您介绍石墨烯的发展历史与特性。人们常见的石墨是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的,石墨的层间作用力较弱,很容易互相剥离,形成薄薄的石墨片。当把石墨片剥成单层之后,这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨烯。
石墨烯的发展历史
石墨烯(Graphene)的理论研究已有60多年的历史。
石墨烯一直被认为是假设性的结构,无法单独稳定存在,直至2004年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯,而证实它可以单独存在,两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”而共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜,从2006年开始,研究论文急剧增加,作为形成纳米尺寸晶体管和电路的“后硅时代”的新潜力材料,旨在应用石墨烯的研发也在全球范围内急剧增加,美国、韩国,中国等国家的研究尤其活跃。
石墨烯或将成为可实现高速晶体管、高灵敏度传感器、激光器、触摸面板、蓄电池及高效太阳能电池等多种新一代器件的核心材料。
石墨烯的特性
至今为止,已发现石墨烯具有非凡的物理及电学性质,如高比表面积、高导电性、机械强度高、易于修饰及大规模生产等。
石墨烯是零带隙半导体,有着独特的载流子特性,为相对论力学现象的研究提供了一条重要途径;电子在石墨烯中传输的阻力很小,在亚微米距离移动时没有散射,具有很好的电子传输性质;石墨烯韧性好,有实验表明,它们每100nm距离上承受的最大压力可达2.9N,是迄今为止发现的力学性能最好的材料之一。
石墨烯特有的能带结构使空穴和电子相互分离,导致了新电子传导现象的产生,如量子干涉效应、不规则量子霍尔效应等。Novoselov等观察到石墨烯具有室温量子霍耳效应,使原有的温度范围扩大了10倍。
石墨烯在很多方面具备超越现有材料的特性,日本企业的一名技术人员形容单层石墨碳材料“石墨烯”是“神仙创造的材料”。
石墨烯的出现,有望从构造材料到用于电子器件的功能性材料等广泛领域引发材料革命。(编辑:YD)
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石墨烯制备方法在国外的发展现状
石墨烯制备方法在国外的发展怎么样?石墨烯研究的发展前景如何?根据化学词典的介绍,石墨烯(Graphene)是一种二维碳材料,是单层石墨烯、双层石墨烯和多层石墨烯的统称。石墨烯正在国内外得到良好的发展。
石墨烯制备方法在国外的发展
据《纽约时报》报道,韩国科学家在制备大尺寸、高质量的石墨烯薄膜方面取得重大突破,发现了一种制备大尺寸石墨烯薄膜的方法。
韩国成均馆大学洪秉熙领导的一个研究组生产出了高纯度石墨烯薄膜,还把它们贴在透明可弯曲的聚合物上,制成了一个透明电极——这算得上是化学气相沉积法制造石墨烯迄今取得的最大成就之一。
经过改进之后,这种电极可以取代显示器上现在所使用的透明电极,价格却比现在通常用氧化铟制成的电极便宜得多。
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美国科学家使用普通的蔗糖制造出了纯净的石墨烯,用这种石墨烯可以研制出更轻、更快、更廉价、更紧实柔韧的计算机电子设备,可广泛运用于军用飞机和医疗领域。
2009年11月日本东北大学与会津大学通过合作研究发现,石墨烯可产生太赫兹光的电磁波。研究人员在硅衬底上制作了石墨烯薄膜,将红外线照射到石墨烯薄膜上,只需很短时间就能放射出太赫兹光。
如果今后能够继续改进技术,使光源强度进一步增大,将开发出高性能的激光器。
2009年12月1日在美国召开的材料科学国际会议上,日本富士通研究所宣布,他们用石墨烯制作出了几千个晶体管。富士通研究所的研究人员将原料气体吹向事先涂有用做催化剂的铁的衬底,在这种衬底上制成大面积石墨烯薄膜。
石墨烯研究的发展前景
目前,石墨烯的研究开始转入如何降低成本并大规模制备方面,石墨烯的具体应用方面的研究同时也在广泛展开,对于石墨烯作为电极材料,在电化学电容器EC中的应用,已经显示出了良好的性能与使用前景。(编辑:YD)
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