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资料探勘助攻太阳能选材,美科学家找到13种潜力材料

作者:中国节能战略合作网  来源:中国节能战略合作网  发布时间:2019-05-27

中国节能战略合作网讯:


钙钛矿太阳能具有高转换效率、易制造优点,近年来深受科学家爱戴,只不过美中不足的是,它同时也有着稳定性低、含铅的缺点,科学家还得继续寻找合适的太阳能材料,对此,加州大学圣地亚哥分校(UCSD)利用资料探勘比对钙钛矿特性,成功找到 13 种新型太阳能潜力材料。

钙钛矿太阳能电池是由有机金属卤化物半导体构成,这些同时具有无机与有机的晶体结构变化性丰富,可以用不同的材料与比例来调整钙钛矿的特性,目前最典型的钙钛矿化合物则为(CH3NH3)PbI3,主要含有甲基铵、铅、碘离子,转换效率已在数年间上升至 24%。

与此同时,科学家也注意到铅固有的不稳定性与毒性,这让铅基钙钛矿的商业可行性大打折扣,使得科学家陷入要「解决含铅问题」还是「寻找新材料」的两难,科学家难放弃钙钛矿太阳能的高转换效率、能用溶液制程制备优点,但又无法突破稳定性低的缺点。

对此 UCSD 提出另一种折衷方案,他们透过资料探勘与资料筛选技术,分析化学成分跟卤化物钙钛矿相似的化合物,想根据钙钛矿优点找出新型潜力材料。

由纳米工程教授 Kesong Yang 带领的团队深入研究 AFLOW 和 The Materials Project 两大量子材料数据库,选出 24 个原型结构来生成有机无机混合结构的模板后,之后再运用高通量量子力学运算,建立出含有 4,507 个假设混合卤化物的量子材料库。

最终 Yang 团队选定 13 种太阳能电池候选材料与 23 种 LED 潜力材料。Yang 表示,研究结果得来不易,团队花了好几年的时间才开发出完整的软件框架(software framework),这些软件框架不仅具备生成混合卤化物材料的功能,还有资料探勘、资料筛选等算法功能,除此之外,软件框架还要跟高通量运算软件无缝交融,又得再花费时间和精力。

目前 UCSD 团队已经开发出颇具规模的结构与化学空间(Chemical space),让人们可以透过全新的化学数据库来寻找卤化物半导体材料。展望未来,Yang 也正用高通量运算寻找其他晶体结构的太阳能与 LED 材料,并努力开发另一种资料探勘模型,这样一来也可以寻找具有能量转换、光电子和自旋电子特性的材料。

关键字:   潜力材料

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