研究称扭曲的柔性晶体是先进的新型太阳能电池的关键

来源:cnBeta发布时间:2021-03-17 06:41:32

据外媒报道,杜克大学的研究人员揭示了隐藏已久的分子动力学,这些分子动力学为太阳能和热能应用提供了理想的特性,这种材料被称为卤化物钙钛矿。这些材料如何创造和传输电能的一个关键因素实际上取决于其原子晶格以类似铰链的方式扭曲和转动的方式。该成果将帮助材料科学家们以环保的方式为这些材料的广泛应用定制化学配方。

该成果于3月15日在线发表在《自然材料》杂志上。

 


 

“人们对卤化物钙钛矿在光伏、热电、光电辐射检测和发射等能源领域的应用有着广泛的兴趣--整个领域非常活跃,”杜克大学机械工程和材料科学副教授Olivier Delaire说。“虽然我们明白这些材料的柔软度对其电子特性很重要,但没有人真正知道我们所发现的原子运动是如何支撑这些特征的。”

钙钛矿是一类材料--通过正确的元素组合--生长成一种晶体结构,使其特别适合能源应用。它们吸收光并有效转移其能量的能力使它们成为研究人员开发新型太阳能电池等的共同目标。它们也很柔软,有点像纯金很容易凹陷,这使它们在制成薄膜时有能力容忍缺陷并避免开裂。

然而,一种尺寸并不适合所有的情况,因为有广泛的潜在配方可以形成钙钛矿。许多最简单和研究最多的配方包括一个卤素--如氯、氟或溴--使它们被称为卤化物钙钛矿。在过氧化物的晶体结构中,这些卤化物是将相邻的八面体晶体基团拴在一起的连接点。虽然研究人员已经知道这些支点对创造过氧化物的特性至关重要,但没有人能够研究它们让周围的结构动态地扭曲、转弯和弯曲而不破裂的方式。

“这些结构运动在实验上难以确定,这是众所周知的。选择的技术是中子散射,这需要付出巨大的仪器和数据分析努力,很少有小组能像Olivier和他的同事那样掌握这种技术,”杜克大学机械工程和材料科学教授Volker Blum说,他也进行钙钛矿的理论建模,但没有参与这项研究。“这意味着,他们有能力揭示基本钙钛矿中的材料特性的基础,否则就无法实现。”

在这项研究中,来自阿贡国家实验室、橡树岭国家实验室、美国国家科学技术研究所和西北大学的Delaire及其同事,首次揭示了结构简单、常被研究的卤化物钙钛矿(CsPbBr3)的重要分子动力学。

研究人员从一个大型的、厘米级的卤化物钙钛矿单晶开始,众所周知,卤化物钙钛矿很难生长到这样的尺寸--这也是之前一直没有实现这种动态研究的主要原因。然后,他们在橡树岭国家实验室用中子和阿贡国家实验室用X射线对该晶体进行了轰击。通过测量中子和X射线在许多角度和不同的时间间隔内如何从晶体上反弹,研究人员弄清了它的组成原子如何随时间移动。

在用计算机模拟确认了他们对测量结果的解释后,研究人员发现了晶体网络到底有多活跃。通过溴原子相互连接的八面八面体基团被捕捉到在板状域中集体扭曲,并以非常流畅的方式不断来回弯曲。

“由于原子的排列方式是以八面体基团共享溴原子作为连接点,它们可以自由地进行这些旋转和弯曲,”Delaire说。“但我们发现,这些卤化物过氧化物特别是比其他一些配方更'软弱'。它们不是立即弹回形状,而是非常缓慢地返回,几乎更像果冻或液体,而不是传统的固体晶体。”

Delaire解释说,这种自由的“分子舞蹈”对于理解卤化物过氧化物的许多理想特性非常重要。它们的“软性”阻止电子重新组合到传入的光子将它们击出的孔中,这有助于它们从太阳光中制造大量的电力。而且它很可能还使热能难以穿过晶体结构,这使得它们能够通过让材料的一面比另一面热得多来从热能中产生电力。

由于研究中使用的钙钛矿--CsPbBr3--具有最简单的配方之一,但已经包含了这些化合物广泛家族所共有的结构特征,因此Delaire认为,这些发现很可能适用于大范围的卤化物钙钛矿。例如,他列举了混合有机-无机卤化物钙钛矿,它们的配方要复杂得多,以及更环保的无铅双钙钛矿变体。

“这项研究表明,为什么这种钙钛矿框架即使在最简单的情况下也很特殊,”Delaire说。“这些发现很有可能扩展到更复杂的配方,目前全世界的许多科学家都在研究这些配方。当他们筛选巨大的计算数据库时,我们所发现的动态可以帮助决定追求哪些钙钛矿。”

责任编辑:zhoutianwei
索比光伏网&碳索光伏版权声明:

本站标注来源为“索比光伏网”、“碳索光伏"、"索比咨询”的内容,均属www.solarbe.com合法享有版权或已获授权的内容。未经书面许可,任何单位或个人不得以转载、复制、传播等方式使用。

经授权使用者,请严格在授权范围内使用,并在显著位置标注来源,未经允许不得修改内容。违规者将依据《著作权法》追究法律责任,本站保留进一步追偿权利。谢谢支持与配合!

推荐新闻
光伏下半场,拼的不再是装机来源:特变电工新能源 发布时间:2026-10-12 06:13:50

光伏行业迎来“下半场”:从追求“更大装机”转向“可控能源”。特变电工新能源即将发布四大场景化解决方案——零碳园区、微电网、光储充、台区储,直击工商业、矿区、充电场站、乡村等核心痛点,以全栈能力重构光储价值。

横店东磁申请太阳能电池的制备方法专利,降低接触电阻来源:金融界 发布时间:2026-10-12 06:00:37

横店集团东磁股份有限公司于2026年6月向国家知识产权局申请了一项名为“太阳能电池的制备方法”的发明专利(公开号CN122892299A)。该专利聚焦于优化太阳能电池结构,通过在基底层受光面和/或背光面构建具有区域差异化的掺杂半导体层,使接触区表面凸起且掺杂浓度高于相邻非接触区,或在背光面交替设置两类掺杂层作为接触区,再配合电极制备。其核心技术创新在于实现局部精准调控,从而有效降低金属电极与半导体之间的接触电阻,进而提升电池的开路电压与短路电流。作为国内光伏与磁性材料领域的重要企业,横店东磁长期布局技术研发,截至当前已累计拥有专利2911项。(199字)

蓬勃发展的光伏产业:内蒙古能源经济转型的金太阳来源:中国日报网 发布时间:2026-10-10 10:08:39

本文聚焦内蒙古光伏产业的跨越式发展及其在能源经济转型中的核心作用。文章指出,依托丰富的太阳能资源(年日照2600–3400小时、西部“沙戈荒”地区尤为优越),内蒙古自“十二五”以来加速布局光伏产业,尤其通过“光伏+治沙”“光伏+牧业”等创新模式,实现生态修复与能源生产的协同增效。截至2025年底,全区太阳能发电量达624.04亿千瓦时,占全国并网光伏电量的5.32%;“十五五”期间年均新增新能源装机超3000万千瓦,目标2030年新能源总装机达3.25亿千瓦。与此同时,内蒙古以包头、鄂尔多斯等地为支点,构建起覆盖硅料、硅片、电池、组件及支架的完整光伏制造产业链,吸引隆基、通威等头部企业集聚。这一进程推动全区从传统煤炭依赖型经济向绿色低碳新范式深度转型,不仅优化了能源结构、支撑京津冀与东南沿海绿电供应,更探索出资源富集地区高质量发展的可行路径。(199字)

中共中央、国务院发布关于发展新质生产力的意见来源:新华社 发布时间:2026-10-10 10:07:01

本文是中共中央、国务院发布的《关于发展新质生产力的意见》,系统部署了加快形成新质生产力的战略路径。意见明确,发展新质生产力是以科技创新为引领、以全要素生产率大幅提升为核心标志的高质量发展关键抓手。全文围绕“科技创新—产业融合—发展方式—体制机制—人才支撑”五大主线展开:强调加强原创性、颠覆性科技攻关,强化企业创新主体地位,推动科技成果高效转化;提出改造传统产业、培育新兴产业、布局未来产业,并促进数字技术与实体经济深度融合;要求构建绿色低碳发展体系、深化能源革命;推进科技经济紧密结合的改革,完善市场监管、金融支持和开放合作机制;同时突出教育科技人才一体化改革,加强急需人才培养与使用机制创新。意见强调坚持“先立后破、因地制宜、统筹安全与发展”,确保新质生产力发展扎实稳健、行稳致远。(199字)

看,光伏板下的动物世界来源:中国华电 发布时间:2026-10-10 09:59:40

光伏板下生机盎然:常州渔光互补养蟹虾鲥鱼,天津盐光互补成候鸟驿站,崇明“渔光旅”打造清水蟹“光伏别墅”,红原高原光伏牧场实现牦牛放牧与发电共生。科技赋能生态养殖,一地多用、多方共赢,奏响乡村振兴绿色协奏曲。

光在,路就在!从《假如三国有光伏》看见清洁能源的时代答案来源:正泰安能 发布时间:2026-10-10 09:35:12

如果那个时代拥有了今天的光,历史将会怎样?10月5日,正泰安能首部自制AI微电影《假如三国有光伏》正式上线,将现代能源技术与经典历史故事巧妙融合,重新诠释光的时代价值。截至目前,微电影累计播放量近25万,不少观众被这份跨越古今的“光之畅想”打动,纷纷在评论区留言点赞。故事背景虽然设定在三国时期,但影片回应的却是跨越时空的共同命题:对美好生活的向往、对国泰民安的期盼,以及对持续发展的探索。在“三顾茅

“电算师”面世!新一代售电经营决策系统,让每一度电的经营更聪明来源:中华网 发布时间:2026-10-09 15:27:54

“电算师”是由法拉第能源科技(上海)有限公司推出的面向售电公司与用电企业的新一代经营决策系统,旨在应对电力市场化改革深化背景下行业从“赚价差”向“管风险”“做灵活性”的转型需求。平台以负荷、电价、持仓、套餐、响应五大环节为核心,构建“看得清、签得下、调得动”三条能力主线,形成预测—策略—执行—复盘的完整经营闭环。其核心能力涵盖可定制化负荷与电价预测、内部需求响应调度、自定义零售套餐设计,并贯通零售侧全流程、多品种电力交易及绿电采购全周期。平台助力售电公司实现经验沉淀与组织能力建设,赋能用电企业将分散的灵活资源转化为可变现收益,强调数据真实、操作可溯、权责清晰,致力于提升电力经营的智能化、系统化与可持续性。(198字)

国家能源局释放重要信号!应用端合理收益是光伏产业走出低价困局的关键来源:索比光伏网 发布时间:2026-10-09 13:56:33

国家能源局在9月全国可再生能源电力开发调度会上释放关键政策信号:健全新能源价格结算机制、切实保障合理收益,是破解当前光伏产业低价困局的核心路径。文章指出,尽管截至2026年8月光伏装机已达12.97亿千瓦、超越煤电成为最大电源,但新增装机增速放缓,反映投资动力不足。根本原因在于低电价导致项目经济性承压,影响发电企业投资决策,并沿产业链向上传导,加剧制造端产能过剩与恶性竞争。会议特别强调科学组织2027年增量项目机制竞价,避免片面追求“低价”而忽视项目可投资性,要求在市场竞争与收益可持续性之间取得平衡。文章阐明,合理收益并非保护利润,而是维系有效投资、设备采购、项目落地和产业链健康循环的前提条件。(199字)

碳足迹服务商是做什么的?一文讲清碳足迹服务商的服务范围和选型要点来源:阳光慧碳 发布时间:2026-10-08 16:49:16

本文系统梳理了碳足迹服务商的核心职能、服务范围及选型逻辑。在欧盟CBAM实施和国内碳足迹标识认证加速落地的背景下,碳足迹已成企业出海与绿色转型的关键合规工具。文章指出,服务商主要分为认证核查型(如SGS、中环联合)、技术平台型(如阳光慧碳)和咨询服务型(如思誉碳探、碳为科技)三类,服务覆盖“算碳—管碳—减碳—交易”全链条,包括产品/组织碳核算与认证、供应链碳管理、减排方案设计、碳资产开发及数字化平台建设六大板块。选型需综合评估资质权威性、行业经验、数据能力、全链路服务能力与价格透明度五大维度。文末还结合不同企业需求,推荐了六家各具优势的代表性服务商,并强调优质服务商应助力企业将碳管理从合规成本转化为可持续竞争力。

美国ITC对TOPCon电池、组件等产品的337部分终裁发布来源:中国贸易救济信息网 发布时间:2026-10-08 14:07:22

2026年2月,美国First Solar公司向美国国际贸易委员会(ITC)提起337调查申请,指控多家中外光伏企业出口至美国的TOPCon太阳能电池、组件及相关产品侵犯其美国专利(US9130074),请求发布排除令和禁止令。ITC于3月正式立案(案号337-TA-1494)。此后数月间,ITC陆续作出多项终裁:批准特斯拉、比亚迪美国公司及Imperial Star等作为第三人参与;因申请人撤回,终止对天合光能(常州)、印度Adani及Mundra Solar等多家被告的调查;同时确认AXITEC旗下三家关联公司为缺席被告。该调查聚焦TOPCon技术领域的知识产权争端,涉及全球十余家主流光伏制造商,凸显中美在先进光伏技术贸易规则与专利保护方面的持续博弈。(198字)

光伏越装越多,为什么越来越难?——光伏产业正在面对的7个真问题来源:追风逐光话新能 发布时间:2026-10-08 09:18:45

本文围绕我国光伏装机规模历史性超越煤电(截至2026年7月达12.86亿千瓦)这一标志性进展,系统剖析了产业进入大规模发展阶段后面临的深层挑战。文章指出,光伏已从“如何低成本发电”的成本驱动阶段,转向“如何让电力产生真实价值”的系统价值竞争阶段。全文聚焦七大核心问题:组件持续降价与制造企业盈利承压的悖论;光伏高度标准化带来的同质化与“合成谬误”;东西部同步大规模建设背后的资源—负荷—时间错配矛盾;中午光伏出力集中导致的“捕获电价”下降与自我价值侵蚀;配电网承载能力日益成为发展的关键瓶颈;储能及各类“光伏+”模式在技术可行与经济闭环间的张力;以及行业竞争范式正由单一度电成本(LCOE)比拼,转向对项目时空适配性、电网协同性、市场响应力和系统价值贡献度的综合评估。这些变化共同指向一个本质命题:光伏发展的下一关,不是“能不能建”,而是“建了之后如何持续创造价值”。