改進(jìn)太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)是提高能源消耗不可或缺的一環(huán)?？茖W(xué)家們最近致力于提高太陽(yáng)能電池的效率、靈活性和便攜性，使其能夠集成到日常應(yīng)用中。因此，新型的輕質(zhì)柔性薄膜太陽(yáng)能電池被開發(fā)出來。然而，將效率與靈活性結(jié)合起來并不容易。一種材料（通常是半導(dǎo)體）要有效率，它必須有一個(gè)很小的“帶隙”——即激發(fā)電荷載體進(jìn)行導(dǎo)電所需的能量，并且應(yīng)該吸收并將大部分陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能。迄今為止，還沒有一種適用于薄膜太陽(yáng)能電池的高效吸收劑被開發(fā)出來。

通常，半導(dǎo)體中的電荷載流子是由帶負(fù)電荷的電子和帶正電荷的“空穴”（本質(zhì)上是“無”電子）成對(duì)產(chǎn)生的。為了有效導(dǎo)電，這些電子和空穴需要分開。一類被稱為“鐵電體”的材料可以極大地促進(jìn)這種分離，這要?dú)w功于它們的自發(fā)“極化”，這種現(xiàn)象類似于鐵的自發(fā)磁化。然而，由于大的帶隙和較差的光-電轉(zhuǎn)換，他們已經(jīng)看到有限的光伏應(yīng)用。

在發(fā)表在《應(yīng)用材料與界面》上的一項(xiàng)新研究中，韓國(guó)科學(xué)家解決了這一問題，提出了一種新型的“反鈣鈦礦”氧化物的解決方案，即Ba4Pn2O，Pn代表砷（as）或銻（Sb）。利用密度泛函理論計(jì)算，科學(xué)家們研究了反鈣鈦礦氧化物的各種物理性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)它們表現(xiàn)出自發(fā)的電極化，使它們?cè)谧匀唤缰芯哂需F電性。領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的仁川國(guó)立大學(xué)的YunghoKang教授解釋說，在Ba4Pn2O結(jié)構(gòu)的最小能量配置中，我們發(fā)現(xiàn)O離子和Ba離子從原來的位置向相反的方向移動(dòng)。這些位移產(chǎn)生了非零電極化，這是鐵電的經(jīng)典特征?！?/p>

由于自發(fā)極化有助于電子-空穴對(duì)的分離，這意味著反鈣鈦礦氧化物可以有效地提取載流子。此外，計(jì)算表明，它們的帶隙是有效吸收陽(yáng)光的理想材料，即使是很薄的Ba4Pn2O層也能產(chǎn)生可觀的光電流。

這些有希望的結(jié)果使科學(xué)家們對(duì)薄膜太陽(yáng)能電池的未來前景感到興奮。Kang教授推測(cè)，“我們的研究結(jié)果有力地證實(shí)了反鈣鈦礦可以作為薄膜太陽(yáng)能電池的有效吸收劑。考慮到它們的多功能性，這些太陽(yáng)能電池在現(xiàn)實(shí)生活中有多種應(yīng)用，甚至可以在有陽(yáng)光的情況下給手機(jī)充電。此外，它們的靈活性還允許制造智能手表等自動(dòng)駕駛可穿戴設(shè)備?！?/p>

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