研究人員已將磷烯納米帶納入新型太陽能電池，顯著提高了它們的效率。磷烯納米帶 (PNR) 是二維材料磷的帶狀鏈，類似于石墨烯，由單原子厚的原子層制成。PNR 于 2019 年首次生產(chǎn)，數(shù)百項(xiàng)理論研究預(yù)測了它們的特性如何增強(qiáng)各種設(shè)備，包括電池、生物醫(yī)學(xué)傳感器和量子計(jì)算機(jī)。

然而，到目前為止，這些預(yù)測的令人興奮的特性都沒有在實(shí)際設(shè)備中得到證實(shí)?，F(xiàn)在，由倫敦帝國理工學(xué)院和倫敦大學(xué)學(xué)院研究人員領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)首次使用 PNR 顯著提高了一種設(shè)備(一種新型太陽能電池)的效率，這表明這種“神奇材料”確實(shí)可以達(dá)到它的炒作。

詳細(xì)信息今天發(fā)表在《美國化學(xué)學(xué)會雜志》上。

帝國理工學(xué)院化學(xué)系和可加工電子學(xué)中心的首席研究員 Thomas Macdonald 博士說：“數(shù)百項(xiàng)理論研究已經(jīng)預(yù)見了 PNR 令人興奮的特性，但尚未發(fā)表的報告證明這些特性，或?qū)⑺鼈冝D(zhuǎn)化為改進(jìn)的設(shè)備性能。

“因此，我們很高興不僅提供了 PNRs 作為高性能太陽能電池的有前途的路線的第一個實(shí)驗(yàn)證據(jù)，而且展示了這種新型納米材料用于下一代光電器件的多功能性。”

該團(tuán)隊(duì)將 PNR 整合到由鈣鈦礦制成的太陽能電池中，這是一種新型材料，科學(xué)家們可以輕松改變它們與光的相互作用方式，以適應(yīng)一系列應(yīng)用。

與傳統(tǒng)的非柔性硅基太陽能電池相反，鈣鈦礦太陽能電池可以由液體溶液制成，有助于低成本印刷成薄的柔性薄膜。新型納米材料，例如 PNR，可以簡單地作為額外的層進(jìn)行印刷，以提高設(shè)備的功能和效率。

通過加入 PNR，該團(tuán)隊(duì)能夠生產(chǎn)效率高于 21% 的鈣鈦礦太陽能電池，與傳統(tǒng)的硅太陽能電池相當(dāng)。他們還能夠通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 PNR 如何實(shí)現(xiàn)這種改進(jìn)的效率。

他們表明 PNR 提高了“空穴遷移率”。“空穴”是電傳輸中電子的相反伙伴，因此提高它們的遷移率(衡量它們在材料中移動的速度)有助于電流在器件的層之間更有效地移動。

該團(tuán)隊(duì)表示，這項(xiàng)對 PNR 能力的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證將幫助研究人員為光電子設(shè)備(即發(fā)射或檢測光的設(shè)備)制定新的設(shè)計(jì)規(guī)則。

Macdonald 博士說：“我們的研究結(jié)果表明，PNR 的功能電子特性確實(shí)可以轉(zhuǎn)化為改進(jìn)的功能。這突出了這種新發(fā)現(xiàn)的納米材料的真正重要性和實(shí)用性，并為基于 PNR 的光電器件設(shè)定了基準(zhǔn)。”

在設(shè)備中使用 PNR 的進(jìn)一步研究將使研究人員能夠發(fā)現(xiàn)更多提高性能的機(jī)制。該團(tuán)隊(duì)還將探索修改納米帶表面如何改善材料的獨(dú)特電子特性。

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