科学家将傻瓜的黄金作为太阳能材料的核心

从理论上讲，铁黄铁矿-一种廉价的化合物，可以生产一种常见的矿物质，被称为傻瓜的黄金-可以完成这项工作，但当它起作用时，转换效率仍然低得令人沮丧。现在，威斯康星大学麦迪逊分校的一个研究小组解释了为什么会这样，这一发现暗示了这种有前途的材料的改进如何能够产生廉价而高效的太阳能电池。

“我们现在认为我们现在理解为什么黄铁矿没有起作用，”化学教授宋进说，“基于我们的理解，这提供了希望如何使其发挥作用。这可能更难，但令人兴奋和奖励。“

虽然现在大多数商业光伏电池都是基于硅，但光收集膜必须相对较厚和纯净，这使得生产过程成本高，能耗高，Jin说。

铁黄铁矿-一种由铁和硫原子构成的化合物-可以比硅薄1000倍，并且仍能有效地吸收阳光。

像硅，铁和硫是地壳中的常见元素，因此由铁黄铁矿制成的太阳能电池在大规模部署中具有显着的材料成本优势。事实上，之前的研究表明，平衡因素如理论效率，材料可用性和提取成本使得黄铁矿成为低成本和大规模光伏材料候选清单中的佼佼者。

在当前的美国化学学会期刊网上，Jin和第一作者MiguelCabán-Acevedo，化学博士。学生与威斯康星大学麦迪逊分校的其他科学家一起解释了他们如何发现铁黄铁矿物质中的缺陷是效率低下的根源。该研究得到了美国能源部的支持。

在光伏材料中，太阳光的吸收产生带相反电荷的载体，称为电子和空穴，必须将其分开以便将太阳光转换成电能。Jin表示，光伏太阳能电池的效率可以通过三个参数来判断，而由黄铁矿制成的太阳能电池几乎完全不足一个：电压。他指出，如果没有电压，电池就无法产生任何电力。然而，基于其基本参数，铁黄铁矿应该是相当好的太阳能材料。“我们想知道，为什么光电压这么低，”金说。

“我们做了很多不同的测量和研究，以全面地研究这个问题，”Cabán-Acevedo说，“我们认为我们已经完全明确地说明为什么黄铁矿作为一种太阳能材料效率不高。”

在探究为什么黄铁矿实际上无法制造光伏发电时，许多研究人员已经研究了晶体的表面，但是Cabán-Acevedo和Jin也看了看里面。“如果你认为这是一个身体，许多人都专注于皮肤，但我们也看着心脏，”Cabán-Acevedo说，“我们认为主要问题在于内部，尽管皮肤也存在问题。“

当硫原子从晶体结构中的预期位置缺失时，会发生称为“体缺陷”的内部问题。这些缺陷是铁黄铁矿的材料特性所固有的，甚至在超纯晶体中也存在。它们的大量存在最终导致基于铁黄铁矿晶体的太阳能电池缺乏光电压。

Jin说，科学通过理解原因而进步。“我们的信息是，现在我们理解为什么黄铁矿不起作用。如果你不理解某些东西，你必须尝试通过反复试验来解决它。一旦你理解了它，你就可以使用合理的设计来克服障碍。你不要不得不在黑暗中绊倒。“

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