作者：WashingtonUniversityinSt.Louis

根據太陽能產業協會和WoodMackenziePower&Renewables最近的一份報告，美國太陽能電池板的安裝量正在上升，2019年初新安裝超過200萬臺，是第一季度有史以來最多的。

為了滿足日益增長的需求，低成本、高效率的硅基太陽能電池替代品（目前使用最廣泛的技術）是可取的。在過去的十年里，鹵化鉛-鈣鈦礦作為最有希望的替代材料出現了激增；然而，它們是不穩定的。它們含有鉛，這是有毒的，并造成潛在的健康和環境危害，如地下水污染。

位于圣路易斯的華盛頓大學的一組工程師發現了一種更穩定、毒性更小的太陽能半導體，這種半導體是通過數據分析和量子力學計算發現的一種新型的雙鈣鈦礦氧化物。

他們的研究成果于6月11日在線發表在《材料化學》上。

麥凱維工程學院機械工程與材料科學助理教授RohanMishra領導了一個跨學科的國際團隊，發現了由鉀、鋇、碲、鉍和氧(KBaTeBiO6)組成的新半導體。無鉛雙鈣鈦礦氧化物是最初的30000潛在鉍基氧化物之一。在這30000種化合物中，只有25種是已知化合物。

ArashdeepSinghThind是位于橡樹嶺國家實驗室的Mishra實驗室的博士生，他利用世界上最快的超級計算機之一上的材料信息學和量子力學計算，發現KBaTeBiO6是30000種潛在氧化物中最有前途的一種。

Mishra說：“我們發現這似乎是最穩定的化合物，可以在實驗室合成。更重要的是，雖然大多數氧化物的帶寬，但我們預測新化合物的帶隙較低，接近鹵化物-鈣鈦礦，并且具有相當好的性能。”

帶隙是電子必須克服的能量屏障，以形成自由載流子，在太陽能電池中，可以提取這些載流子來為電氣設備供電，或者存儲在電池中供以后使用。克服這個障礙的能量是由陽光提供的。Mishra說，用于太陽能電池應用的最有前景的化合物的帶隙約為1.5eV，或者叫電子伏爾特。

Mishra與副校長PratimBiswas、Lucy&StanleyLopata教授以及能源、環境和化學工程系主任討論了合成KBaTeBiO6的可能性。當時是麥凱維工程博士生，現在是亞利桑那州立大學的博士后研究助理，ShalineeKavadiya開始著手完善配方。

Mishra說：“沙琳花了大約六個月時間合成這種材料。一旦她能夠合成它，正如我們所預測的那樣，它是穩定的，帶隙為1.88ev，這也是我們所預測的。”

Mishra說，這些是第一代太陽能電池，需要對帶隙進行更多微調，但這是向無毒太陽能電池邁出的良好第一步。

Mishra說：“這表明我們可以遠離這些鹵化鉛鈣鈦礦。”這為設計半導體開辟了一個非常大的空間，不僅適用于太陽能電池應用，也適用于其他半導體應用，如液晶顯示器。”

接下來，研究小組將研究這種新半導體中任何缺陷的作用，并尋找更先進的合成技術，包括使用氣溶膠技術。