光捕获材料生产工艺改进后性能大幅提高
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科技日报北京4月25日电 (记者张佳欣)据最新一期《自然》杂志报道,英国剑桥大学领导的研究团队找到一种方法,只需简单调整光捕获材料的生产工艺,就能使材料性能大幅提高。
科学家一直在开发低成本的光捕获半导体,这种材料利用太阳能为设备提供动力,将水转化为清洁的氢燃料。目前有一种氧化铜半导体材料,价格便宜、储量丰富且无毒,但其性能远不及占据半导体市场主导地位的硅材料。
为使氧化铜比现有光伏材料更具竞争力,研究人员需要对其进行优化,使其受到阳光照射后能更有效地产生移动电荷。一种潜在方法是利用单晶薄膜,这种薄膜具有高度有序的晶体结构。然而,制作这些薄膜通常复杂且耗时。
研究人员发现,通过以特定方向生长氧化铜晶体,使电荷以体对角线穿过晶体,电荷移动得更快更远,就能大幅提高材料性能。
研究人员利用薄膜沉积技术,在常压室温下生长出高质量氧化铜薄膜。通过精确控制腔内的生长和流速,可以将晶体“转移”到特定方向。这些晶体基本上是立方体。当电子以体对角线穿过立方体,而不是沿着立方体的面或边缘移动时,材料性能会大幅跃升。电子移动得越远,性能就越好。
研究人员利用高时间分辨率光谱技术,观察了晶体方向如何影响电荷在材料中的移动效率。实验显示,基于这种技术制造的氧化铜光收集器或光电阴极,与现有最先进的氧化物光电阴极相比,性能提高了70%,同时稳定性也大大提高。
研究人员表示,对低成本半导体材料进行一些小调整,有望推动从化石燃料向清洁可持续燃料的大转变。
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