【斯坦福大学开发新TMD材料 致力于打造超薄、轻便的太阳能电池】硅在太阳能领域占据主导地位，但它不是制造卫星和无人机所需的薄而轻的太阳能电池的最佳材料。
原子薄半导体材料，如钨二硒化物和二硫化钼，已经被考虑用于下一代电子产品，有望开发出低成本、也具有柔性的超薄太阳能电池。现在，工程师们已经制造出了钨二硒化太阳能电池，它的每一个重量比与已建立的薄膜太阳能电池技术相当。
发表在《自然通讯》杂志上的柔性太阳能电池的光电转换效率为5.1%，是同类柔性电池的最高报告。同时，它们的比功率为4.4 W/g，与碲化镉、硒化铜铟镓、非晶硅和III-V半导体制成的薄膜太阳能电池相当。斯坦福大学的电气工程师Koosha Nassiri Nazif与同事Alwin Daus共同领导了这项工作，他说，随着进一步的工程设计以减少基板厚度和提高效率，这项技术有可能达到46 W/g，“远远超过其他光伏技术的表现”。
硅的效率在成本上难以匹敌，硅太阳能电池板的成本每年都在下降。但是Nassiri Nazif说，“对于新兴应用来说，硅是相当次优的。”这些应用包括可穿戴和适配电子设备、智能窗户和其他建筑用途、无人驾驶飞行器和电动汽车。“另一个重要的应用是物联网，”他说，“在物联网中，你可以延长电池寿命或完全不需要电池为小型传感器和设备供电。”
他说，高比功率对于这些应用来说至关重要。现今的薄膜技术和较新的钙钛矿太阳能电池都比硅具有更高的比功率，钙钛矿保持着29 W/g的记录。
但二硒化钨和二硫化钼属于过渡金属二卤化物（TMD）一类材料，与其他材料相比具有优势。它们比目前用于航空航天的薄膜CdTe或CIGS电池更轻。它们也比钙钛矿和有机光伏材料更稳定，比含铅钙钛矿更环保。
此外，TMD材料拥有所有光伏材料中最高的光吸收能力。Nassiri Nazif说：“因此，你可以有一个比硅薄一千倍的超薄层，并且通过适当的光学设计，仍然具有相同的吸收量。”
迄今为止，最好的TMD太阳能电池的效率还不到3%，而在轻质、灵活的基板上制造的效率还不到0.7%。然而，这种材料的理论效率是27%。Daus表示，需要更多的重型工程来提高效率。所有光伏材料都面临着电荷提取的挑战。也就是说，一旦材料吸收了一个光子并产生了电子和空穴，这些载流子必须在重新组合之前被迅速提取出来。
诀窍是找到合适的接触材料，将电荷载体从半导体传送到电极。研究人员为此选择了一种透明的石墨烯薄膜。Daus解释说，然后他们在石墨烯表面涂上一层氧化钼层，氧化钼层也是透明的，可以增强石墨烯提取电荷载流子的能力。
此外，该原型的的功率重量比，比以往开发的TMD高100倍。对于电动汽车和无人机等出行应用，以及在移动过程中为远征设备充电的能力，这一比率具有重要意义。考虑到比功率，即衡量太阳能电芯单位重量的电能输出，该原型产生每克4.4瓦的功率，可与当前其他薄膜太阳能电芯相媲美，包括其他实验原型。
研究人员认为，通过优化，可以将这一关键比例再提高10倍。估计TMD电芯的实际极限为每克46瓦。
此项研究最大的优势在于超薄的厚度，不仅能充分减少材料使用和成本，而且使TMD太阳能电芯变得轻便灵活，能够模制成不规则的形状，用于汽车车顶、飞机机翼或人体。斯坦福大学的研究团队生产出只有几百纳米厚的有源阵列。该阵列中包括光伏TMD钨二硒化物和由一层仅单原子厚的导电石墨烯覆盖的金触点。这些都夹在柔韧的皮肤状聚合物和能够增强光线吸收的抗反射涂层之间。
该TMD电芯完成组装后，厚度不到6微米，大约相当于一个薄垃圾袋的厚度，需要15层才能达到一张纸的厚度。TMD也具有其他工程优势，如长期稳定可靠，不含有毒化学物质。另外，还具有生物相容性，可用于需要直接接触人类皮肤或组织的可穿戴应用。
研究人员表示，TMD功能强大、灵活耐用。在太阳能技术领域，是富有前景的新发展方向，希望这项工作能激发更多TMD太阳能电池领域的研究。“我们的目标是为TMD光伏应用奠定基础，”Nassiri Nazif说，“与其他技术相比，这些材料具有根本优势。如果我们解决工程问题，它可能成为下一代光伏技术的首选材料。”
https://t.cn/A6xkrxDU
原子薄半导体材料，如钨二硒化物和二硫化钼，已经被考虑用于下一代电子产品，有望开发出低成本、也具有柔性的超薄太阳能电池。现在，工程师们已经制造出了钨二硒化太阳能电池，它的每一个重量比与已建立的薄膜太阳能电池技术相当。
发表在《自然通讯》杂志上的柔性太阳能电池的光电转换效率为5.1%，是同类柔性电池的最高报告。同时，它们的比功率为4.4 W/g，与碲化镉、硒化铜铟镓、非晶硅和III-V半导体制成的薄膜太阳能电池相当。斯坦福大学的电气工程师Koosha Nassiri Nazif与同事Alwin Daus共同领导了这项工作，他说，随着进一步的工程设计以减少基板厚度和提高效率，这项技术有可能达到46 W/g，“远远超过其他光伏技术的表现”。
硅的效率在成本上难以匹敌，硅太阳能电池板的成本每年都在下降。但是Nassiri Nazif说，“对于新兴应用来说，硅是相当次优的。”这些应用包括可穿戴和适配电子设备、智能窗户和其他建筑用途、无人驾驶飞行器和电动汽车。“另一个重要的应用是物联网，”他说，“在物联网中，你可以延长电池寿命或完全不需要电池为小型传感器和设备供电。”
他说，高比功率对于这些应用来说至关重要。现今的薄膜技术和较新的钙钛矿太阳能电池都比硅具有更高的比功率，钙钛矿保持着29 W/g的记录。
但二硒化钨和二硫化钼属于过渡金属二卤化物（TMD）一类材料，与其他材料相比具有优势。它们比目前用于航空航天的薄膜CdTe或CIGS电池更轻。它们也比钙钛矿和有机光伏材料更稳定，比含铅钙钛矿更环保。
此外，TMD材料拥有所有光伏材料中最高的光吸收能力。Nassiri Nazif说：“因此，你可以有一个比硅薄一千倍的超薄层，并且通过适当的光学设计，仍然具有相同的吸收量。”
迄今为止，最好的TMD太阳能电池的效率还不到3%，而在轻质、灵活的基板上制造的效率还不到0.7%。然而，这种材料的理论效率是27%。Daus表示，需要更多的重型工程来提高效率。所有光伏材料都面临着电荷提取的挑战。也就是说，一旦材料吸收了一个光子并产生了电子和空穴，这些载流子必须在重新组合之前被迅速提取出来。
诀窍是找到合适的接触材料，将电荷载体从半导体传送到电极。研究人员为此选择了一种透明的石墨烯薄膜。Daus解释说，然后他们在石墨烯表面涂上一层氧化钼层，氧化钼层也是透明的，可以增强石墨烯提取电荷载流子的能力。
此外，该原型的的功率重量比，比以往开发的TMD高100倍。对于电动汽车和无人机等出行应用，以及在移动过程中为远征设备充电的能力，这一比率具有重要意义。考虑到比功率，即衡量太阳能电芯单位重量的电能输出，该原型产生每克4.4瓦的功率，可与当前其他薄膜太阳能电芯相媲美，包括其他实验原型。
研究人员认为，通过优化，可以将这一关键比例再提高10倍。估计TMD电芯的实际极限为每克46瓦。
此项研究最大的优势在于超薄的厚度，不仅能充分减少材料使用和成本，而且使TMD太阳能电芯变得轻便灵活，能够模制成不规则的形状，用于汽车车顶、飞机机翼或人体。斯坦福大学的研究团队生产出只有几百纳米厚的有源阵列。该阵列中包括光伏TMD钨二硒化物和由一层仅单原子厚的导电石墨烯覆盖的金触点。这些都夹在柔韧的皮肤状聚合物和能够增强光线吸收的抗反射涂层之间。
该TMD电芯完成组装后，厚度不到6微米，大约相当于一个薄垃圾袋的厚度，需要15层才能达到一张纸的厚度。TMD也具有其他工程优势，如长期稳定可靠，不含有毒化学物质。另外，还具有生物相容性，可用于需要直接接触人类皮肤或组织的可穿戴应用。
研究人员表示，TMD功能强大、灵活耐用。在太阳能技术领域，是富有前景的新发展方向，希望这项工作能激发更多TMD太阳能电池领域的研究。“我们的目标是为TMD光伏应用奠定基础，”Nassiri Nazif说，“与其他技术相比，这些材料具有根本优势。如果我们解决工程问题，它可能成为下一代光伏技术的首选材料。”
https://t.cn/A6xkrxDU
仙人球类科普之碧彩柱属
分类：碧彩柱属
拉丁名：Bergerocactus
词源（Etymology）：碧彩柱属（Bergerocactus）是1909年由raised和Britton提出的一种单型属，用于纪念Alwin Berger，多年来担任意大利Thomas Hanbury花园的馆长和他对仙人掌的贡献。碧彩柱属（Bergerocactus）属是由单一物种碧彩柱（Bergerocactus emoryi）组成的属 。该物种沿加利福尼亚州海岸生长。该物种有高度达60厘米以上的细长茎。上面覆盖着金黄色的刺，在阳光下发光，几乎完全覆盖住茎，刺的长度可达5厘米。花朵长在一种蜡状黄色的粗壮多刺花梗上，成熟后形成圆润的果实。
这种物种很少种植，除了那些居住在加利福尼亚州的人们之外，大多数人都难得见到它，它们还有助于确定海岸线的位置。
分类：碧彩柱属
拉丁名：Bergerocactus
词源（Etymology）：碧彩柱属（Bergerocactus）是1909年由raised和Britton提出的一种单型属，用于纪念Alwin Berger，多年来担任意大利Thomas Hanbury花园的馆长和他对仙人掌的贡献。碧彩柱属（Bergerocactus）属是由单一物种碧彩柱（Bergerocactus emoryi）组成的属 。该物种沿加利福尼亚州海岸生长。该物种有高度达60厘米以上的细长茎。上面覆盖着金黄色的刺，在阳光下发光，几乎完全覆盖住茎，刺的长度可达5厘米。花朵长在一种蜡状黄色的粗壮多刺花梗上，成熟后形成圆润的果实。
这种物种很少种植，除了那些居住在加利福尼亚州的人们之外，大多数人都难得见到它，它们还有助于确定海岸线的位置。
【这种记忆技术在弯曲时更好？】新的相变存储器需要更少的能量，部分原因是它是建立在塑料上的？
要想让粘贴式显示器、智能绷带和廉价的柔性塑料传感器真正推广，它们需要某种能够长期存储数据的方式，而这种方式或许可以建立在塑料上。斯坦福大学电气工程教授Eric Pop说：“在柔性电子的生态系统中，拥有记忆选项非常重要。”
但如今的非易失性存储器（如Flash）版本并不适合。因此，当Pop和他的工程师团队决定尝试将一种相变存储器应用于塑料时，他们认为这将是一个长期的尝试。他们想到的是一个惊喜——一个实际上效果更好的记忆，因为它是建立在塑料上的。重置内存（这类设备的关键功能）所需的能量比以前的灵活版本低一个数量级。研究人员在近日的《科学（Science）》杂志上报道了他们的发现。
相变存储器（Phase-change memory，PCM）并不是塑料电子产品的明显优势。它将其位存储为电阻状态。在其晶相中，它具有低电阻的特点。但是，在器件中运行足够的电流会使晶体熔化，从而使晶体冻结在一个更具电阻的非晶相中。这个过程是可逆的。重要的是，尤其是对于实验性神经形态系统，PCM可以储存中等水平的电阻。因此，单个设备可以存储一位以上的数据。
不幸的是，通常使用的一组材料在像塑料这样的柔性基底上不能很好地工作。问题是“编程电流密度”：基本上，为了将给定区域加热到发生相变的温度，需要通过泵送多少电流？弯曲塑料表面不平意味着使用普通材料的PCM电池不能像硅上的电池那样小，需要更多的电流才能达到相同的开关温度 —— 你可以把它想象成在烤箱里烤馅饼，门微开着。它会起作用，但需要更多的时间和精力。Pop和他的同事们正在寻找关闭烤箱门的方法。
他们决定尝试一种被称为超晶格的材料，这种晶体是由不同材料的纳米厚的重复层制成的。2011年，日本筑波国家应用工业科学技术研究所的Junji Tominaga和研究人员利用由锗、锑和碲组成的超晶格，报告了有希望的结果。通过研究这些超晶格，Pop和他的同事们得出结论，它们应该是非常隔热的，因为在其晶体形式中，各层之间存在原子级的间隙。这些“范德华式间隙（van der Waals-like gaps）”既限制了电流的流动，更重要的是限制了热量的流动。因此，当电流被强制通过时，热量不会很快从超晶格中排出，这意味着从一个相位切换到另一个相位所需的能量更少。
但超晶格的工作并不是一个稳操胜券的事。Pop表示：“我们几年前就开始着手这项工作，但过程中我们真的很挣扎，甚至几乎要放弃了，”他解释说，“如果范德华间隙彼此平行，并且层间没有主要混合，超晶格就会工作。但所涉及的材料沉积设备的特点意味着“仅仅因为他们在日本公布了参数，并不意味着你可以在Palo Alto的工具中使用它们。” 与Pop合作的博士候选人Asir Intisar Khan，必须经历一个反复试验的过程，这一过程涉及到100多次尝试，以产生具有正确范德华间隙的超晶格。
研究人员通过将电流限制在一个600纳米宽的孔隙状结构中，该结构被绝缘氧化铝包围，从而将热量保持在存储设备中。最后一层绝缘材料是塑料本身，它能够比通常所用的硅PCM更好地抵抗热流。完成的器件的电流密度约为每平方厘米0.1兆安培，比硅上的传统PCM低约两个数量级，比以前的柔性器件好一个数量级。此外，它还表现出四种稳定的电阻状态。因此，它可以在单个设备中存储多个数据位。
在塑料上制造这种装置实际上可以改善情况，这并不是团队计划的。该实验室的博士后研究员Alwin Daus具有柔性电子专业知识，他表示，该团队假设超晶格和衬底之间的氮化钛电极将限制热损失，因此衬底不会影响内存操作。但后来的模拟证实，热渗透到塑料基板中，与硅基板相比，塑料基板的导热系数较低。
Khan说，近日报道的这项工作证明了在柔性表面上进行低功耗存储的概念。但隔热的重要性也适用于硅器件。研究小组希望通过进一步缩小孔径和使器件侧面更加绝缘来改进器件。模拟已经表明，使氧化铝壁变厚可以降低达到开关温度所需的电流。研究人员还将研究其他可能具有更好性能的超晶格结构。
https://t.cn/A6M9fZSN
要想让粘贴式显示器、智能绷带和廉价的柔性塑料传感器真正推广，它们需要某种能够长期存储数据的方式，而这种方式或许可以建立在塑料上。斯坦福大学电气工程教授Eric Pop说：“在柔性电子的生态系统中，拥有记忆选项非常重要。”
但如今的非易失性存储器（如Flash）版本并不适合。因此，当Pop和他的工程师团队决定尝试将一种相变存储器应用于塑料时，他们认为这将是一个长期的尝试。他们想到的是一个惊喜——一个实际上效果更好的记忆，因为它是建立在塑料上的。重置内存（这类设备的关键功能）所需的能量比以前的灵活版本低一个数量级。研究人员在近日的《科学（Science）》杂志上报道了他们的发现。
相变存储器（Phase-change memory，PCM）并不是塑料电子产品的明显优势。它将其位存储为电阻状态。在其晶相中，它具有低电阻的特点。但是，在器件中运行足够的电流会使晶体熔化，从而使晶体冻结在一个更具电阻的非晶相中。这个过程是可逆的。重要的是，尤其是对于实验性神经形态系统，PCM可以储存中等水平的电阻。因此，单个设备可以存储一位以上的数据。
不幸的是，通常使用的一组材料在像塑料这样的柔性基底上不能很好地工作。问题是“编程电流密度”：基本上，为了将给定区域加热到发生相变的温度，需要通过泵送多少电流？弯曲塑料表面不平意味着使用普通材料的PCM电池不能像硅上的电池那样小，需要更多的电流才能达到相同的开关温度 —— 你可以把它想象成在烤箱里烤馅饼，门微开着。它会起作用，但需要更多的时间和精力。Pop和他的同事们正在寻找关闭烤箱门的方法。
他们决定尝试一种被称为超晶格的材料，这种晶体是由不同材料的纳米厚的重复层制成的。2011年，日本筑波国家应用工业科学技术研究所的Junji Tominaga和研究人员利用由锗、锑和碲组成的超晶格，报告了有希望的结果。通过研究这些超晶格，Pop和他的同事们得出结论，它们应该是非常隔热的，因为在其晶体形式中，各层之间存在原子级的间隙。这些“范德华式间隙（van der Waals-like gaps）”既限制了电流的流动，更重要的是限制了热量的流动。因此，当电流被强制通过时，热量不会很快从超晶格中排出，这意味着从一个相位切换到另一个相位所需的能量更少。
但超晶格的工作并不是一个稳操胜券的事。Pop表示：“我们几年前就开始着手这项工作，但过程中我们真的很挣扎，甚至几乎要放弃了，”他解释说，“如果范德华间隙彼此平行，并且层间没有主要混合，超晶格就会工作。但所涉及的材料沉积设备的特点意味着“仅仅因为他们在日本公布了参数，并不意味着你可以在Palo Alto的工具中使用它们。” 与Pop合作的博士候选人Asir Intisar Khan，必须经历一个反复试验的过程，这一过程涉及到100多次尝试，以产生具有正确范德华间隙的超晶格。
研究人员通过将电流限制在一个600纳米宽的孔隙状结构中，该结构被绝缘氧化铝包围，从而将热量保持在存储设备中。最后一层绝缘材料是塑料本身，它能够比通常所用的硅PCM更好地抵抗热流。完成的器件的电流密度约为每平方厘米0.1兆安培，比硅上的传统PCM低约两个数量级，比以前的柔性器件好一个数量级。此外，它还表现出四种稳定的电阻状态。因此，它可以在单个设备中存储多个数据位。
在塑料上制造这种装置实际上可以改善情况，这并不是团队计划的。该实验室的博士后研究员Alwin Daus具有柔性电子专业知识，他表示，该团队假设超晶格和衬底之间的氮化钛电极将限制热损失，因此衬底不会影响内存操作。但后来的模拟证实，热渗透到塑料基板中，与硅基板相比，塑料基板的导热系数较低。
Khan说，近日报道的这项工作证明了在柔性表面上进行低功耗存储的概念。但隔热的重要性也适用于硅器件。研究小组希望通过进一步缩小孔径和使器件侧面更加绝缘来改进器件。模拟已经表明，使氧化铝壁变厚可以降低达到开关温度所需的电流。研究人员还将研究其他可能具有更好性能的超晶格结构。
https://t.cn/A6M9fZSN
✋热门推荐