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Chem. Eur. J. :综述:金属团簇在太阳能电池中的应用2024-03-21
兰州大学曹靖课题组综述了近年来金属团簇在太阳能电池中应用的现状,详细探讨了金属团簇在太阳能电池领域的广泛应用及其潜力,揭示了金属团簇在电子传输、界面改性、作为无机材料前驱体以及太阳能电池中光伏活性材料等方面的显著作用。金属团簇独特的结构和优异的电子传输能力,凸显出其在光伏领域的巨大应用潜力,通过尺寸的精确调控、表界面修饰,金属团簇优化了电荷传输、提升了光吸收效率并减少了载流子复合,显著提高了太阳能电池的光电转换效率和稳定性,为光伏技术的高效可持续发展开辟了新途径。本文全面回顾了金属团簇在太阳能电池中的多方面贡献,强调了其在推动光伏技术创新中的重要性,并展望了基于金属团簇设计的高效稳定太阳能电池的光明未来。

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图1. 金属团簇在光伏器件中的作用概述

金属团簇作为高效的电子传输材料,在太阳能电池中扮演着至关重要的角色。其纳米/亚纳米级的尺寸以及特殊的电子能级结构,为电子传输提供了低电阻和最小的散射损失,有助于提升电子传输速率和效率。研究表明,通过灵活操纵金属团簇的结构和成分,可以显著优化器件的电子传输性能,这些发现突显了金属团簇在提升光伏器件效率中的潜力。

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图2.铅掺杂Ti-O团簇原子级自下而上的精确组装示意图

金属簇在改变太阳能电池内的界面、增强电荷分离和转移效率方面同样发挥着关键作用。金属团簇可以在光吸收材料表面形成有效的电子传输通道,从而减少了电子和空穴的复合,显著改善了光生电荷载流子的提取和。这证明了金属团簇在提高太阳能电池光电转换效率和长期稳定性方面的显着影响,为光伏技术的进步提供了新的见解。

此外,金属簇是构建无机材料的关键前体,从而实现特定无机结构的精准合成。这种方法有助于合成具有特定功能的材料,通过改善电荷分离和传输来增强太阳能电池的性能。这些创新策略强调了金属团簇通过充当构建原子结构模型的构建前驱体,在推进高效、稳定的太阳能电池的设计和开发方面有着启示性的作用。

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图3. 团簇晶体结构和原位转变示意图

金属团簇敏化的太阳能电池则是光伏技术中的又一研究热点,其利用金属团簇作为敏化材料,实现了高效的光吸收和光电转换。通过调节金属团簇的尺寸和成分,可以优化太阳光谱的光能利用,提高载流子分离效率并减少复合损失,显著提升了太阳能电池的性能。

这篇综述强调了金属团簇在提升太阳能电池性能及稳定型的关键作用,从电子传输和界面改性到作为无机材料和敏化剂前体的多功能性机型分析,不仅展现了金属团簇在提高光伏器件效率、稳定性和性能方面的潜力,而且为太阳能技术的未来发展提供了新的方向。

文信息

Metal Clusters Based Multifunctional Materials for Solar Cells

Sibei Mai, Jia Sun, Zihan Fang, Guo-Bin Xiao, Jing Cao

文章第一作者为买嗣备,通讯作者为曹靖教授。

Chemistry – A European Journal

DOI: 10.1002/chem.202303973

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