作者：WashingtonUniversityinSt.Louis

根據(jù)太陽能產(chǎn)業(yè)協(xié)會和WoodMackenziePower&Renewables最近的一份報告，美國太陽能電池板的安裝量正在上升，2019年初新安裝超過200萬臺，是第一季度有史以來最多的。

為了滿足日益增長的需求，低成本、高效率的硅基太陽能電池替代品（目前使用最廣泛的技術(shù)）是可取的。在過去的十年里，鹵化鉛-鈣鈦礦作為最有希望的替代材料出現(xiàn)了激增；然而，它們是不穩(wěn)定的。它們含有鉛，這是有毒的，并造成潛在的健康和環(huán)境危害，如地下水污染。

位于圣路易斯的華盛頓大學(xué)的一組工程師發(fā)現(xiàn)了一種更穩(wěn)定、毒性更小的太陽能半導(dǎo)體，這種半導(dǎo)體是通過數(shù)據(jù)分析和量子力學(xué)計算發(fā)現(xiàn)的一種新型的雙鈣鈦礦氧化物。

他們的研究成果于6月11日在線發(fā)表在《材料化學(xué)》上。

麥凱維工程學(xué)院機(jī)械工程與材料科學(xué)助理教授RohanMishra領(lǐng)導(dǎo)了一個跨學(xué)科的國際團(tuán)隊，發(fā)現(xiàn)了由鉀、鋇、碲、鉍和氧(KBaTeBiO6)組成的新半導(dǎo)體。無鉛雙鈣鈦礦氧化物是最初的30000潛在鉍基氧化物之一。在這30000種化合物中，只有25種是已知化合物。

ArashdeepSinghThind是位于橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的Mishra實(shí)驗(yàn)室的博士生，他利用世界上最快的超級計算機(jī)之一上的材料信息學(xué)和量子力學(xué)計算，發(fā)現(xiàn)KBaTeBiO6是30000種潛在氧化物中最有前途的一種。

Mishra說：“我們發(fā)現(xiàn)這似乎是最穩(wěn)定的化合物，可以在實(shí)驗(yàn)室合成。更重要的是，雖然大多數(shù)氧化物的帶寬，但我們預(yù)測新化合物的帶隙較低，接近鹵化物-鈣鈦礦，并且具有相當(dāng)好的性能?！?/p>

帶隙是電子必須克服的能量屏障，以形成自由載流子，在太陽能電池中，可以提取這些載流子來為電氣設(shè)備供電，或者存儲在電池中供以后使用?？朔@個障礙的能量是由陽光提供的。Mishra說，用于太陽能電池應(yīng)用的最有前景的化合物的帶隙約為1.5eV，或者叫電子伏爾特。

Mishra與副校長PratimBiswas、Lucy&StanleyLopata教授以及能源、環(huán)境和化學(xué)工程系主任討論了合成KBaTeBiO6的可能性。當(dāng)時是麥凱維工程博士生，現(xiàn)在是亞利桑那州立大學(xué)的博士后研究助理，ShalineeKavadiya開始著手完善配方。

Mishra說：“沙琳花了大約六個月時間合成這種材料。一旦她能夠合成它，正如我們所預(yù)測的那樣，它是穩(wěn)定的，帶隙為1.88ev，這也是我們所預(yù)測的?！?/p>

Mishra說，這些是第一代太陽能電池，需要對帶隙進(jìn)行更多微調(diào)，但這是向無毒太陽能電池邁出的良好第一步。

Mishra說：“這表明我們可以遠(yuǎn)離這些鹵化鉛鈣鈦礦?！边@為設(shè)計半導(dǎo)體開辟了一個非常大的空間，不僅適用于太陽能電池應(yīng)用，也適用于其他半導(dǎo)體應(yīng)用，如液晶顯示器?！?/p>

接下來，研究小組將研究這種新半導(dǎo)體中任何缺陷的作用，并尋找更先進(jìn)的合成技術(shù)，包括使用氣溶膠技術(shù)。