粒子界面中的光电流损失量化

2019-02-11 08:51:59
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随着全球人口的增长,能源消耗将会增加,太阳能燃料和太阳能发电等可持续形式的能源需求将会更大。随着这些形式的权力激增,重点将转向提高效率。

诸如太阳能电池板的光电极和光伏电池通常具有硅薄膜或其他纳米结构半导体材料,并且这些结构包括纳米颗粒,太阳光产生的电流必须通过该纳米颗粒。虽然纳米颗粒组合物提供许多益处,包括大的表面与体积比,但它具有一个显着的缺点。

从一个粒子传递到另一个粒子的电流经历功率损失; 如果电流通过足够的这些粒子 - 粒子界面,则总损失可能使器件无效。但是直到现在,没有人能够确定当电流从一个纳米粒子流到另一个纳米粒子时损失了多少功率。

由康奈尔大学化学与化学生物学系的Peter JW Debye教授Peng Chen领导的一个小组已经确定光电流在通过界面时损失了大约20%的功率。因此,该小组指出,通过11个这样的接口的电流将减少到其原始功率的10%。

“我们相信这将为使用纳米材料来设计这些类型器件的人们提供基准,”“纳米结构光电极中单粒子 - 粒子界面的光电流损失量化”的资深作者陈说。

该报告于1月7日在美国化学学会出版的Nano Letters上发表。其他作者包括前博士后助理Mahdi Hesa​​ri和Justin Sambur,现任博士后Xianwen Mao和Won Jung,博士。'18,全部来自陈集团。

为了进行这项实验计算,Peng和他的小组使用了一个微流体池,在电解质水溶液中有三个电极。其中一个电极由氧化铟锡(ITO)条制成; 在其上或附近放置了氧化钛纳米棒,其光电化学性质已经在该组中检测过。

该小组试验了几种不同的粒子配置,并将激光束聚焦在两个纳米棒相互接触的界面之后(A型点)或之前(B型点)之前的点上。撞击B型点的激光器通过粒子 - 粒子界面发送光电荷。

对这两种光电化学行为进行了数十次测量,该组观察到功率损失平均约为20%。

虽然陈和他的团队现在已经拿出了计算纳米材料功率损耗的可靠数据,但他们仍然无法理解为什么会发生这种情况。他们排除了依赖当前力量的因素。

“我们仍然不了解导致这20%损失的潜在分子机制,”他说。“这是我们计划在未来实现的目标,它将要求我们基本上积极地操纵界面,操纵界面的化学性质,并重新执行我们的测量。

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