鈣鈦礦太陽能優秀的祕密,科學家發現「量子滴」奇異狀態

作者 | 發布日期 2021 年 05 月 31 日 18:19 | 分類 太陽能 , 能源科技 Telegram share ! follow us in feedly


科學家正持續深入探索鈣鈦礦材料的機制,好讓他們能在太陽能、LED 領域大放光彩。最近加拿大科學家則發現鈣鈦礦意想不到的狀態「量子滴(quantum drop)」,將有助推動材料的應用與發展。

鈣鈦礦是種半導體材料,擁有高效率、低成本太陽能電池以及 LED 應用前景,近年來頗受矚目,而他也有一項特色,即使晶體存有缺陷,還是可以繼續運作。通常在半導體製造,都需要嚴謹且昂貴的製程來打造無缺陷的晶體,才能讓後續完工的半導體組件順利運作,就好比矽晶太陽能需要真空與超過 1,000℃ 的高溫製造環境。

麥基爾大學化學副教授 Patanjali Kambhampati 表示,這也是研究的伊始,探討「有缺陷的材料如何完美工作」。最近又對鈣鈦礦材料有更深入了解,發現全新的物質狀態。

過去研究人員透過狀態解析激發探測光譜,溴化銫鉛鈣鈦礦晶體發現類似量子限制(quantum confinement)的機制,意即奈米材料的尺寸愈小時,材料發光強度愈強,發光的波長愈短,但這通常只有在小至奈米顆粒才會看到,鈣鈦礦卻明顯大於量子點,還是有類似現象。

(Source:麥基爾大學

這次團隊再深入尋找背後秘密,發現鈣鈦礦雖然是種固體物質,實際上卻有液態某些特質。之所以會將兩個相對的形容為放到鈣鈦礦,麥基爾大學團隊表示,鈣鈦礦原子晶格的結構促成這般對偶性,原子晶格遇到自由電子會變形,這也稱為極化子形成(polaron formation),若要簡單形容變形方式,團隊舉例「有如彈跳床」。

團隊指出,當把重物丟到彈跳床中心,彈跳床會吸收這些能量,讓重物逐漸不再彈跳、趨於靜止,不過鈣鈦礦晶體的變形晶格結構正好相反,特殊的電子動力學讓能量增加,因此才會有類似量子點的效果。Kambhampati 表示,通常極化子是將所有東西限制在界限分明的區域。如今可證明的是,極化子與機子混合成看似液態量子點的物質,或許可稱之為「量子滴」。

團隊希望量子滴研究能有助於人們更加了解缺陷容忍材料的運作。

(首圖來源:pixabay