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西安交大科研人员在新型铁电光伏材料设计领域取得重要进展

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铁电材料是指在居里温度以下具有铁电自发极化的功能材料。当铁电材料吸收太阳光时,铁电极化可有效地分离光激发下产生的电子—空穴对,这种奇特的铁电光伏效应使得铁电材料有望成为新型的太阳能光伏材料。然而已知的绝大多数铁电材料是钙钛矿氧化物,是宽带隙的绝缘体,无法有效地吸收太阳光中的可见光,进而表现出极低的光电转换效率。因此,为了提高铁电材料的光电转换效率,急需设计出具有窄带隙、半导体特性的铁电光伏材料。

西安交通大学前沿院缑高阳课题组与西安交大“千人计划”学者、美国麻省理工李巨教授研究组合作,利用第一性原理计算,提出一种新的铁电光伏材料的设计思路,并成功地设计出性能优异的新型铁电光伏材料—— 具有Ruddlesden-Popper结构的钙钛矿硫化物A3B2S7。传统的钙钛矿硫化物ABS3为顺电性(无铁电极化)的半导体材料,通过对钙钛矿结构的调控,可以在具有Ruddlesden-Popper结构的钙钛矿硫化物A3B2S7中产生铁电极化,从而实现“半导体光伏材料铁电化”这一全新的设计理念。计算模拟表明,铁电钙钛矿硫化物 (例如Ruddlesden-Popper Ca3Zr2S7)为窄带隙的半导体,且具有室温下稳定的铁电极化,对于太阳光的高光吸收系数保证了该材料具有极高的理论光电转换效率。

基于以上研究成果,该课题组硕士研究生汪华同学以第一作者身份在国际能源、材料类权威期刊Nano Energy (影响因子10.3)上发表题为 “Ruddlesden-Popper Perovskite SulphidesA3B2S7: A New Family of Ferroelectric Photovoltaic Materials for the Visible Spectrum”的论文。西安交通大学为该论文第一作者单位及通讯单位。

该项研究是在国家973项目、国家自然科学基金和教育部创新团队基金等的经费支持下完成的。

论文链接:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285516000872

2016-03-11
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