新材料允许超薄太阳能电池

极薄，半透明，柔韧的太阳能电池很快就会成为现实。在维也纳技术大学，Thomas Mueller，Marco Furchi和Andreas Pospischil设法创造了一个由两个超薄层组成的半导体结构，这种结构似乎非常适合光伏能量转换。

几个月前，该团队已经生产出一层超薄的光活性晶体钨二硒化物。现在，这种半导体已成功地与另一层由二硫化钼组成的层组合在一起，创造出可用于未来低成本太阳能电池的设计师材料。随着这一进步，研究人员希望建立一种新的太阳能电池技术。

二维结构

超薄材料仅由一个或几个原子层组成，是当今材料科学的热门话题。对二维材料的研究始于石墨烯，石墨烯是由单层碳原子制成的材料。与世界各地的其他研究小组一样，Thomas Mueller及其团队通过使用石墨烯获得了处理，分析和改善超薄层的必要技术。这种专有技术现已应用于其他超薄材料。

“很多时候，二维晶体的电子特性与相同材料的较厚层的电子特性完全不同，”Thomas Mueller说。他的团队是第一个将两个不同的超薄半导体层结合起来并研究其光电特性的团队。

具有不同功能的两层

二硒化钨是由三个原子层组成的半导体。一层钨夹在两层硒原子之间。“我们已经能够证明，钨二硒化合物可用于将光转化为电能，反之亦然，”Thomas Mueller说。但是，仅由钨二硒化合物制成的太阳能电池将需要无数微小的金属电极，它们间隔仅几微米。如果材料与二硫化钼结合，二硫化钼也由三个原子层组成，则可以优雅地避免这个问题。异质结构现在可用于构建大面积太阳能电池。

当光照射在光活性材料上时，单个电子从其原始位置移除。带电的空穴仍然存在，电子曾经存在于此处。电子和空穴都可以在材料中自由移动，但是当它们保持分开时它们仅对电流有贡献，使得它们不能重新结合。

为了防止电子和空穴的复合，可以使用金属电极，通过该金属电极吸走电荷 - 或者添加第二种材料。“这些空穴在钨二硒化物层内移动，另一方面，电子迁移到二硫化钼中，”Thomas Mueller说。因此，抑制了重组。

只有当两层中的电子能量都以正确的方式调谐时，才有可能实现这一点。在实验中，这可以使用静电场来完成。Florian Libisch和JoachimBurgdrfer教授(TU Vienna)提供了计算机模拟，以计算电子能量如何在两种材料中发生变化，以及哪种电压可以产生最佳的电功率。

紧密包装的图层

“最大的挑战之一就是堆叠两种材料，形成原子级扁平结构，”Thomas Mueller说。“如果两层之间有任何分子，那么就没有直接接触，太阳能电池将无法工作。” 最终，通过在真空中加热两层并将其堆叠在环境大气中来实现这一壮举。通过再次加热层结构除去两层之间的水。

部分入射光直接穿过材料。其余的被吸收并转化为电能。这种材料可以用于玻璃幕墙，让大部分光线进入，但仍能产生电力。由于它只由几个原子层组成，因此重量极轻(300平方米仅重一克)，而且非常灵活。现在团队正在努力堆叠两层以上 - 这会降低透明度，但会增加电力。

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