財聯社（上海，編輯 黃君芝）訊，據報道，美國萊斯大學（Rice University）的工程師們近日設計鈣鈦礦太陽能(000591,股吧)電池方面取得階段性成功，不僅提高了電池轉換效率，同時保持了它們抵抗環境的能力。
研究人員們發現，陽光本身會收縮二維鈣鈦礦中原子層之間的空間，足以將材料的光伏轉換效率提高多達18%。盡管該領域經常取得進步，但一般而言都是以較低個位數來衡量的，因此這個成果是一個驚人的飛躍。
“在10年的時間里，鈣鈦礦的效率從3%飆升到了25%。其他半導體花了大約60年才達到這一水平。這就是我們如此興奮的原因。”他們補充道。該研究成果已于近期發表在了《自然納米技術》雜志上。
鈣鈦礦是一種具有立方狀晶格的化合物，是一種高效的光收集器。多年來，人們已經逐漸知道了它們的潛力，但它們帶來了一個難題：材料具備將陽光轉化為能源的能力，但并不穩定，陽光和水分會使它們降解。
化學和生物分子工程以及材料科學和納米工程副教授Aditya Mohite說，“太陽能電池技術預計可以工作20到25年。我們已經研究了很多年，并將繼續研究塊狀鈣鈦礦，它們非常高效，但不那么穩定。相比之下，2D鈣鈦礦具有巨大的穩定性，但效率不夠高，不能用在屋頂上。”
“最大的問題是要在不損害穩定性的情況下，提高它們效率。”他補充說。
在這項新研究中，他們發現，在某些二維鈣鈦礦中，陽光有效地縮小了原子之間的空間，提高了它們攜帶電流的能力。
Mohite說，“我們發現，當你點燃材料時，你有點像海綿一樣擠壓它，把兩層粘合在一起，以增強電荷在那個方向的傳輸。”研究人員發現，在碘化物頂部和鉛底部之間放置一層有機陽離子可以增強兩層之間的相互作用。
“這項工作對研究激發態和準粒子具有重要意義，在這些粒子中，正電荷位于一層，負電荷位于另一層，它們可以相互交換。這些被稱為激子，它們可能有獨特的性質。”他補充說，“這種效應讓我們有機會理解和調整這些基本光物質相互作用，而不需要創造復雜的異質結構，比如堆疊的二維金屬二硫族化合物。”
簡單來說，實驗結果表明，在相當于一個太陽強度的太陽模擬器下10分鐘后，二維鈣鈦礦沿的長度收縮0.4%，從上到下共收縮約1%。他們證明，在5個太陽強度下，1分鐘內就能看到這種效果。
“這聽起來不像是很多，但晶格間距1%的收縮會引起電子流的大幅增強，”萊斯大學研究生、聯合首席作者Wenbin Li說，“我們的研究表明，這種材料的電子傳導能力提高了三倍。”
與此同時，即使加熱到80攝氏度（176華氏度），晶格的性質使這種材料不易降解。研究人員還發現，一旦關閉光源，晶格很快就會恢復到正常的結構。
研究人員解釋稱，2D鈣鈦礦的主要吸引力之一是它們通常具有充當濕度屏障的有機原子，具有熱穩定性并解決離子遷移問題。3D鈣鈦礦容易出現熱和光不穩定性，因此研究人員開始將2D層放在塊狀鈣鈦礦之上，看看他們是否可以充分利用兩者的優點。
下一步，研究人員將通過設計陽離子和界面來獲得超過20%的效率。這將改變鈣鈦礦領域的一切，因為屆時人們將開始將2D鈣鈦礦用于2D鈣鈦礦/硅和2D/3D鈣鈦礦串聯，這可以使效率接近30%。這將使其商業化更具有吸引力。
