华盛顿大学发现毒性更小的新型双钙钛矿氧化物太阳能电池

作者：Washington University in St. Louis

根据太阳能产业协会和Wood Mackenzie Power&Renewables最近的一份报告，美国太阳能电池板的安装量正在上升，2019年初新安装超过200万台，是第一季度有史以来最多的。

为了满足日益增长的需求，低成本、高效率的硅基太阳能电池替代品（目前使用最广泛的技术）是可取的。在过去的十年里，卤化铅-钙钛矿作为最有希望的替代材料出现了激增；然而，它们是不稳定的。它们含有铅，这是有毒的，并造成潜在的健康和环境危害，如地下水污染。

位于圣路易斯的华盛顿大学的一组工程师发现了一种更稳定、毒性更小的太阳能半导体，这种半导体是通过数据分析和量子力学计算发现的一种新型的双钙钛矿氧化物。

他们的研究成果于6月11日在线发表在《材料化学》上。

麦凯维工程学院机械工程与材料科学助理教授Rohan Mishra领导了一个跨学科的国际团队，发现了由钾、钡、碲、铋和氧(KBaTeBiO6)组成的新半导体。无铅双钙钛矿氧化物是最初的30000潜在铋基氧化物之一。在这30000种化合物中，只有25种是已知化合物。

Arashdeep Singh Thind是位于橡树岭国家实验室的Mishra实验室的博士生，他利用世界上最快的超级计算机之一上的材料信息学和量子力学计算，发现KBaTeBiO6是30000种潜在氧化物中最有前途的一种。

Mishra说：“我们发现这似乎是最稳定的化合物，可以在实验室合成。更重要的是，虽然大多数氧化物的带宽，但我们预测新化合物的带隙较低，接近卤化物-钙钛矿，并且具有相当好的性能。”

带隙是电子必须克服的能量屏障，以形成自由载流子，在太阳能电池中，可以提取这些载流子来为电气设备供电，或者存储在电池中供以后使用。克服这个障碍的能量是由阳光提供的。Mishra说，用于太阳能电池应用的最有前景的化合物的带隙约为1.5 eV，或者叫电子伏尔特。

Mishra与副校长Pratim Biswas、Lucy&Stanley Lopata教授以及能源、环境和化学工程系主任讨论了合成KBaTeBiO6的可能性。当时是麦凯维工程博士生，现在是亚利桑那州立大学的博士后研究助理，ShalineeKavadiya开始着手完善配方。

Mishra说：“沙琳花了大约六个月时间合成这种材料。一旦她能够合成它，正如我们所预测的那样，它是稳定的，带隙为1.88ev，这也是我们所预测的。”

Mishra说，这些是第一代太阳能电池，需要对带隙进行更多微调，但这是向无毒太阳能电池迈出的良好第一步。

Mishra说：“这表明我们可以远离这些卤化铅钙钛矿。”这为设计半导体开辟了一个非常大的空间，不仅适用于太阳能电池应用，也适用于其他半导体应用，如液晶显示器。”

接下来，研究小组将研究这种新半导体中任何缺陷的作用，并寻找更先进的合成技术，包括使用气溶胶技术。