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无机柔性光电材料与应用方向学术专着新鲜出版


随着智能化可穿戴电子设备的爆炸式发展,柔性电子学成为当前科学研究和产业应用的热门领域。其中无机材料以其稳定性高、迁移率大,且电学性能可调范围较大的特点,可满足半导体工业的蓬勃发展需求。近年来,柔性概念的光子、电子器件得到广泛的关注和研究,在通讯、信息、医疗和能源等领域均具有重要应用前景。柔性光子、电子器件在向可穿戴、便携式、轻质化和低损耗等方向发展。


Wiley近期出版关于无机柔性光电子材料与应用的专着《Inorganic Flexible Optoelectronics: Materials and Applications》,由美国威斯康辛大学麦迪逊分校电子与计算机工程系马振强教授任主编,多位柔性电子领域的着名学者参与了该专着的编写工作,包括美国西北大学的John A. Rogers院士,清华大学冯雪教授、盛兴教授,南京大学的王肖沐教授等。


图1 专着《Inorganic Flexible Optoelectronics: Materials and Applications》


该书首先介绍了由新材料和新设计所支撑的柔性无机发光二极管,并展现了它们在神经科学研究中的应用实例,然后从薄膜到纳米线的维度展示了基于无机半导体纳米结构的柔性发光二极管。随后,分别介绍了基于纳米膜和纳米线的柔性光电探测器;基于柔性基板的二维材料光电探测器以及基于IV族材料的太阳能电池及其柔性光伏技术。在此之后,它向读者介绍了基于III-V族材料的单结和多结太阳能电池,并展示了它们在异质衬底上的集成。最后,该书深入报道了以新型材料为基础的柔性太阳能电池。


足球365bet打水_365bet娱乐平台官网_365bet网上娱乐场科研人员撰写的第五章《IV Group Materials-Based Solar Cells and Their Flexible Photovoltaic Technologies》重点介绍基于四族材料的太阳能电池及其柔性化光伏技术。Si、Ge和C是具有显着的半导体特性第四主族元素,在材料基础研究、新型光电器件研究及其应用中,都引起了人们极大的兴趣。该章节首先讨论了Si、Ge、C等元素为基础太阳能电池的发展及其高效太阳能电池技术。从20世纪50年代初,第一代基于p-n结的硅基电池问世,转换效率约为4.5%,此后电池效率得到了显着提高,目前的高效技术包含了背钝化接触技术、异质结技术和陷光技术,效率已经提升到了26.1%。非晶硅作为薄膜类电池,工艺稳定性仍有较大的提升空间去研究。锗由于光学带隙较低,在太阳电池方面的研究空间稍显不足。在光伏器件方面,碳纳米材料家族在柔韧性、表面积、载流子迁移率、化学稳定性、光电子性能等方面具有优势,是异质结太阳能电池的合适材料,转换效率已经提升至15~17%。


图2 C/Si异质结及其太阳能电池的研究进展


然后,该章节从自下向上法和自上向下法两方面总结了实现第四主族元素柔性太阳能电池的制造方法。到目前为止,硅仍然是柔性太阳能电池IV族材料中最常用的材料。在硅锭的切割过程中,通过减小硅片的厚度,可以制造出高效的半柔性组件(~ 15-20%),但弯曲度相当有限(弯曲半径不能小于10cm)。目前的减薄技术已可使硅片足够薄至几微米尺度,且稳定性良好。为了进一步提高可弯曲性,研究人员将太阳能电池切割成离散的条状,并像中国古代的竹简一样,使整个组件在保持18.3%的效率的同时,可以向一个方向弯曲,弯曲半径小得多。


图3 减薄后的单晶硅


随后,作者从理论和实验两方面介绍了柔性太阳能电池失效的力学模型。在力学中,柔性用弯曲刚度来表征,弯曲刚度与厚度的立方成正比。柔性太阳能电池,尤其是基于无机材料,可以简化为硬薄膜软基底的力学模型。


图4 硅带的转移及弯曲性能测试


最后,该章节介绍了第四主族元素柔性太阳能电池在各个领域的应用。人们对柔性太阳能电池的兴趣正在稳步增长,因为用于通信和高空任务的空间站、卫星将受益于可卷曲或可折叠的太阳能发电板。汽车、飞机和各种电器也可以通过环境照明满足部分电力需求。总之,柔性第四主族元素太阳能电池为许多新兴应用提供了可行的能源供应途径。


图5 太阳电池充电帐篷


该专着深入而前瞻性地介绍了柔性光电技术领域的最新进展,系统地从材料端到器件端展示了无机柔性光电子学的各方面知识,为光电方向、柔性电子器件、柔性能源等研究方向科研人员提供了良好的参考,同时为相关方向研究生提供指导。


全文链接

https://www.wiley.com/en-cn/Inorganic+Flexible+Optoelectronics:+Materials+and+Applications-p-9783527343959