美国托莱多大学的一个研究小组设计了一种四端(4T)叠层太阳能电池，其顶部器件依赖于禁带宽度可调的钙钛矿吸收层，底部电池使用商业化的窄带隙碲化镉(CdTe)吸收层技术。 科学家们表示：“人们已经在钙钛矿-硅、钙钛矿-CIGS和钙钛矿-钙钛矿叠层电池方面做了大量工作，而对钙钛矿-碲化镉叠层太阳能电池的探索相对较少。由于CdTe底部电池带隙更宽，CdTe叠层电池的效率潜力可能低于CIGS叠层电池。但是，CdTe太阳能电池可以成功地实现更广泛的商业化，因而引起了人们研究其薄膜叠层应用的兴趣。”研究人员表示，太阳能电池的一个关键元件是用于禁带宽度可调的顶部钙钛矿电池的透明背面触点(TBC)技术。为了制作这些触点，他们使用铟锌氧化物(IZO)代替了广为接受的铟锡氧化物(ITO)。 他们采用射频(RF)磁控溅射技术制备IZO薄膜，这是一种在真空环境中以RF交替电流电势的方法。 研究人员还解释说，他们所做的工作旨在确定理想的IZO厚度，这对提高顶部半透明钙钛矿电池的性能和透光率起着至关重要的作用。这样可以增加钙钛矿带隙而允许更多的长波长光子透射并进入底部CdSeTe电池，并反过来补偿4T叠层配置中的典型光学损耗因子。 顶部电池由玻璃和铟锡氧化物(ITO)制成的基板、由氧化亚镍(NiOx)制成的空穴传输层(HTL)、甲基取代咔唑(Me-4PACz)膦酸层、钙钛矿吸收层、依赖于巴克明斯特富勒烯(C60)的电子传输层(ETL)、锡氧化物(SnOx)缓冲层和IZO背面触点构成。 底部电池设计包括由玻璃和ITO制成的基板、由氧化锡(SnO2)制成的ETL、碲化镉(CdTe)吸收层、碲化硒镉(CdSeTe)层、硫氰酸亚铜(CuSCN)HTL和金触点。 同时，顶部和底部电池都覆盖防反射涂层。 在将顶部电池的吸收层调谐至1.76eV的能量带隙时，叠层电池实现最佳配置，此时其总功率转换效率达到了25.1%。 研究发现，顶部电池的效率高达17.93%、开路电压为1.315伏、短路电流密度为17.11毫安/平方厘米且填充因子为79.7%。底部电池的效率为7.13%，开路电压为0.842伏、短路电流密度为11.15毫安/平方厘米且填充因子为76.0%。 研究人员表示：“这一结果证明，4T钙钛矿-CdSeTe叠层配置可以用来提高商业化CdSeTe薄膜太阳能电池的效率。”他们还透露，目前他们正在勾勒将该装置的效率提高到30%的路线图。“我们的分析表明，未来随着两种太阳能电池技术的进步，开发高效4T钙钛矿–CdSeTe叠层太阳能电池是可行的。” 查看详细>>

瑞典林雪平大学的研究人员开发了一种新方法，在空气作为掺杂剂的帮助下，可让有机半导体变得更具导电性。发表在最新一期《自然》杂志上的这项研究，是迈向未来生产廉价和可持续有机半导体的重要一步。 林雪平大学副教授西蒙娜·法比亚诺表示，这种方法可以显著影响有机半导体的掺杂方式。新方法中所有组件都是实惠的、容易获得的，而且对环境友好，这是未来可持续电子产品的先决条件。 有机半导体可用于数字显示器、太阳能电池、LED、传感器、植入物和能量存储等领域。为了提高导电性和改善半导体性能，人们通常会引入掺杂剂。这些掺杂剂可促进半导体材料内电荷移动，并且可以定制以诱导正电荷（p掺杂）或负电荷（n掺杂）。目前使用的最常见的掺杂剂普遍存在反应性很强（不稳定）、造价昂贵、制造困难等缺点。 现在，研究人员开发出这种可以在室温下进行掺杂的方法，其中低效掺杂剂（例如氧）是主要掺杂剂，光可以激活掺杂过程，然后促进电子从低效的掺杂剂向有机半导体材料的转移。 新方法的灵感来源于大自然，因为它与光合作用有许多相似之处。具体而言，首先是将导电塑料浸入特殊的盐溶液（一种光催化剂）中，然后用光短时间照射它。照明的持续时间决定了材料的掺杂程度。之后，溶液被回收以供将来使用，留下一种p掺杂的导电塑料，其中唯一消耗的物质就是空气中的氧气。 研究人员表示，光催化剂起到了“电子穿梭机”的作用，可以在牺牲剂存在的情况下，获取电子或将电子提供给材料。这在化学中很常见，但此前从未在有机电子中使用过。 科技日报总编辑圈点 基于导电塑料而不是硅的半导体有许多潜在应用，而掺杂剂是提升其性能的关键。本研究的亮点就在于掺杂剂。能在同一反应中同时使用p掺杂和n掺杂这点非常独特，简化了电子器件的生产设备，特别是那些同时需要p掺杂和n掺杂半导体的设备，如热电发电机。所有部件可以一次制造并同时掺杂，而不是一个一个地掺杂，这使工艺更具可扩展性。 查看详细>>

近日，中核集团重大科研设施中国先进研究堆全面开放应用取得重要进展！荷兰代尔夫特理工大学的Marnix Wagemaker教授团队与中核集团原子能院核物理研究所中子散射团队合作，在国际顶级期刊《Nature》（《自然》）上发表了锂离子电池领域的最新研究成果，题目为“Chemical short-range disorder in lithium oxide cathodes”（“锂离子氧化物正极中的化学短程无序”）。这是两个团队在《Nature Sustainability》（《自然可持续性》）和《Nature Communication》（《自然通讯》）期刊合作发表论文后的又一创新成果，或将大幅提升锂电池循环寿命和快充性能。 此次研究围绕有序层状氧化物开展，这是目前锂离子电池中最重要的正极材料之一。在进行深度充电时，该结构框架容易受到晶格应力、结构或机械化学降解的影响，导致电池容量急剧下降，从而导致电池寿命缩短。Wagemaker教授团队联合原子能院、中国科学院物理所、清华深研院等单位，提出了一种解决方法，成功将化学短程无序(Chemical short-range disorder,CSRD)引入到氧化物正极中，精确调节了锂和钴元素在晶格中的局域分布，使其跨越几个最近邻格点的间距，从而显著提升了锂电池的循环寿命和快充性能。研究利用中子粉末衍射技术获得锂和钴元素的分布特征，发现大约2.6%的钴离子位于锂层中，为证明CSRD结构提供了关键证据。 中国先进研究堆共拥有25根垂直孔道，9根水平孔道，建成15台中子散射谱仪，性能指标达到整体国际先进、部分领先水平，可开展中子散射、中子成像、中子活化分析、燃料材料考验、放射性核素生产等工作。2023年以来，中国先进研究堆中子科学平台积极面向国内外研究机构用户开放，支撑了荷兰代尔夫特理工大学、北京大学、清华大学、中国科学院等国内外用户单位百余家实验课题研究，在国际科技前沿和国家重大需求方面，取得了一系列重要科技成果。 查看详细>>

在国家自然科学基金项目（批准号：52076127）等资助下，上海交通大学机械与动力工程学院前瞻交叉研究中心钱小石教授团队在电卡制冷器件研究方面取得进展，相关研究成果以“高能效自驱动高分子制冷器件（Self-oscillating polymeric refrigerator with high energy efficiency）”为题于2024年5月8日在线发表在《自然》（Nature）杂志上。论文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07375-3。 电卡制冷技术具有电能损耗小、能效高、零温室效应潜能以及易于小型化、轻量化等优势，有望替代现有制冷剂。研究团队利用分子缺陷修饰的方法，通过调整高分子中的缺陷比例，使得目标高分子在外加电场（66.7 MV/m）下，表现出9 K的绝热温变和1.9%的面内应变。改性后的高分子薄膜无需额外的机械驱动力输入，在电场作用下同步产生位移和冷热变化，实现了材料即器件、器件即材料的自驱动制冷效果。 该器件能够在制冷和热泵工况下拉开大约4 K的温宽。研究人员将传统制冷系统测试技术引入电卡制冷系统性能测试中，搭建了适用于薄膜电卡制冷系统的焓差台，并分别独立地严格控制热源和热沉的温度。测试结果表明，在4 K工作温宽条件下，该器件可以输出2.7 W/g的制冷功率密度，对应的COP为24，实现了约32%的热力学完善度。由于无需外加驱动部件，器件空间利用率高，其单位空间上的制冷功率密度相比于其他电卡制冷器件提升了近百倍。此外，凭借其轻质、体积小、能耗低和柔性等诸多优势，该器件可以对小空间内的芯片等发热元件进行实现针对性、高效率和智能化制冷。 图(a)铁电高分子的电卡制冷效应；(b)铁电高分子的电致伸缩效应；(c)自驱动电卡制冷器件热力学循环； (d)电-力、电-热双功能薄膜制冷系统运行模式；(e,f)分布式、轻量化、高能效的芯片降温应用效果 查看详细>>