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學術成果
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前沿院碩士生汪華在新型鐵電光伏材料設計領域取得重要進展
點擊數:    更新时间:2016/03/10 15:37:09

 

鐵電材料是指在居裏溫度以下具有鐵電自發極化的功能材料。當鐵電材料吸收太陽光時,鐵電極化可有效地分離光激發下産生的電子—空穴對,這種奇特的鐵電光伏效應使得鐵電材料有望成爲新型的太陽能光伏材料。然而已知的絕大多數鐵電材料是鈣钛礦氧化物,是寬帶隙的絕緣體,無法有效地吸收太陽光中的可見光,進而表現出極低的光電轉換效率。因此,爲了提高鐵電材料的光電轉換效率,急需設計出具有窄帶隙、半導體特性的鐵電光伏材料。

西安交通大學前沿院缑高阳课题组与西安交大学者、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。傳統的鈣钛礦硫化物ABS3爲順電性(無鐵電極化)的半導體材料,通過對鈣钛礦結構的調控,可以在具有Ruddlesden-Popper結構的鈣钛礦硫化物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)爲窄帶隙的半導體,且具有室溫下穩定的鐵電極化,對于太陽光的高光吸收系數保證了該材料具有極高的理論光電轉換效率。

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。西安交通大學为该论文第一作者单位及通讯单位。

該項研究是在國家973項目、國家自然科學基金和教育部創新團隊基金等的經費支持下完成的。

論文鏈接:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285516000872

 

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