能量收集技術(shù)(Energy Harvesting Technologies)

GT Advanced Technologies開設(shè)新型碳化硅制造設(shè)施

具有高擴(kuò)展性的工廠將可滿足市場對高品質(zhì)碳化硅材料日益增長的需求

美國新罕布什爾州哈德森, June 29, 2018 (GLOBE NEWSWIRE) -- GTAT Corporation(GTAT)于2018年6月26日(星期二)為最先進(jìn)的全新碳化硅制造設(shè)施的開張舉辦了剪彩儀式，國家和地方官員紛紛到場表示慶祝。新設(shè)施位于新罕布什爾州哈德森，該公司的新總部以及先進(jìn)的研發(fā)中心同樣坐落于此。

碳化硅作為大功率電力電子設(shè)備的一種關(guān)鍵材料，是電動汽車、數(shù)據(jù)中心、太陽能系統(tǒng)等增長市場中新一代產(chǎn)品的關(guān)鍵推動力量。GTAT一直是光伏和光電領(lǐng)域內(nèi)為全球市場開發(fā)先進(jìn)材料、設(shè)備和技術(shù)解決方案的領(lǐng)軍者。

“我們的新碳化硅生產(chǎn)設(shè)施的開張，代表著我們公司從設(shè)備供應(yīng)商轉(zhuǎn)型為材料公司的一個重要里程碑，”GTAT總裁兼首次執(zhí)行官Greg Knight表示，“這座美麗的新生產(chǎn)設(shè)施，使得我們成為全世界僅有的幾家具備專門技術(shù)和產(chǎn)能、能為高速增長市場中種類日益繁多的電力電子應(yīng)用供應(yīng)高品質(zhì)碳化硅材料的公司之一。我們在晶體生長設(shè)備、管理供應(yīng)鏈方面的專業(yè)知識，以及對多種先進(jìn)材料的深厚領(lǐng)域知識，為我們在滿足日益增長的寬禁帶半導(dǎo)體需求方面提供了競爭優(yōu)勢?！?/p>

該公司正在陸續(xù)開展其他技術(shù)的商業(yè)化，例如可用于降低多晶硅生產(chǎn)成本的新型管燈絲，還有能夠?yàn)樘柲苄袠I(yè)降低單晶硅晶圓生產(chǎn)成本的連續(xù)Cz供料器。

關(guān)于GTAT Corporation

GTAT Corporation是一家經(jīng)營多元業(yè)務(wù)的科技公司，為太陽能行業(yè)、電力電子行業(yè)和光電行業(yè)提供先進(jìn)材料和創(chuàng)新性的晶體生長技術(shù)。該公司的技術(shù)創(chuàng)新，能夠加快多個全球性市場內(nèi)新一代產(chǎn)品的增長。欲求更多公司信息請訪問www.gtat.com。

聯(lián)系人：

公司

Jessica Forleo

jessica.forleo@gtat.com

+1.603.417.2211

媒體

Jeff Nestel-Patt

jeff@jnpmarketinggroup.com

+1.978.761.8303

【前言】

通過光電化學(xué)(PEC)生產(chǎn)燃料被認(rèn)為是捕獲和存儲間歇太陽能的有效方法，特別是作為可再生運(yùn)輸燃料。無論產(chǎn)生何種燃料，光陽極的析氧反應(yīng)都是關(guān)鍵的；因此，由地球豐富元素組成的穩(wěn)定、高效、n型半導(dǎo)體的開發(fā)受到越來越多的研究關(guān)注，該類半導(dǎo)體可通過可擴(kuò)展的、經(jīng)濟(jì)高效的方法生產(chǎn)。釩酸鉍，尤其是BiVO4，盡管帶隙不是最佳的，但已用于改進(jìn)和理解新型氧化物基半導(dǎo)體的基本性能和光電化學(xué)性能。近年來，改善性能的方法包括異質(zhì)結(jié)形成、合金化或摻雜、氫或氮退火、增強(qiáng)電荷收集的納米結(jié)構(gòu)、光子管理的微結(jié)構(gòu)以及鈍化表面缺陷和增強(qiáng)催化的表面涂層。

迄今為止報道的性能最高的基于BiVO4的光陽極都結(jié)合了這些策略，以便在AM 1.5照明下產(chǎn)生大約2 - 6.7 mA cm-2范圍內(nèi)的光電流密度，接近具有2.4 eV帶隙半導(dǎo)體的7.5 mA cm-2的理論極限。盡管為了產(chǎn)生記錄或接近記錄的性能，需要同時使用多種性能增強(qiáng)方法，但是這種方法抑制了從特定修改中理解控制性能改進(jìn)的基本原理的努力。事實(shí)上，如果不變的技術(shù)(例如催化劑表面涂層)與給定的合金成分不相容，在改變一個參數(shù)(例如合金成分)的同時應(yīng)用多種性能增強(qiáng)技術(shù)可以掩蓋潛在的性能趨勢。

近日，來自加州理工大學(xué)的John Gregoire教授和加州大學(xué)伯克利分校的Jeffrey Neaton教授（共同通訊）聯(lián)合在Energy Environ. Sci.發(fā)表文章，題為：Combinatorial Alloying Improves Bismuth Vanadate Photoanodes via Reduced Monoclinic Distortion。提高太陽能釋氧效率對于太陽能燃料技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要，但由于太陽能燃料光陽極需要廣泛的性能，因此具有挑戰(zhàn)性。釩酸鉍，特別是單斜斜釩鉍礦相，受到了廣泛關(guān)注，在可見光波段帶隙金屬氧化物中顯示出最高的輻射效率。研究人員進(jìn)一步提高其光電化學(xué)性能的努力包括將一種或多種金屬合金化到Bi和/或V的位點(diǎn)上，由于替代合金的計算建模困難以及共合金化組成空間的高維性，阻礙了這一前沿的進(jìn)展。由于替代合金化同時改變了多種材料的性能，了解性能改善的根本原因也是一個挑戰(zhàn)，促使研究人員應(yīng)用組合材料科學(xué)技術(shù)來繪制了948種獨(dú)特釩酸鉍合金組合物的光電化學(xué)性能，這些組合物包括0-8 %的P、Ca、Mo、Eu、Gd和W合金以及這些元素的每對組合的各種組合。在確定( Mo，Gd )共合金化空間的顯著改善后，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)映射，以揭示性能增強(qiáng)和降低的單斜畸變之間的顯著相關(guān)性。第一性原理密度泛函理論計算表明，這種改進(jìn)是由于空穴有效質(zhì)量和空穴極化子形成能量的降低，我們的結(jié)果將單斜畸變確定為優(yōu)化和理解的關(guān)鍵參數(shù)。

圖1. 光陽極庫

(a.) 光陽極庫中1713個樣品中189個樣品的襯底區(qū)域圖像;

(b.) 顯示了4個樣品的短切照明CV的陽極掃描;

(c.) 每個陽極掃描的自動處理產(chǎn)生最大光電化學(xué)能(Pmax);

圖2. 多種金屬合金化到Bi和/或V的位點(diǎn)上

(a.) 在光陽極庫中948中獨(dú)特組分中的489個Pmax值；

(b.) 來自相同陽極掃描數(shù)據(jù)集的JO2/H2O值的類似圖；

(c.) a-b中徑向圖的圖例；

(d.) 來自a的Mo - Gd扇區(qū)繪制在笛卡爾空間中，其中三個x值對應(yīng)于3個突出顯示的平面

圖3. Bi-V-A體系

(a.)每種Bi-V-A體系的Pmax隨合金負(fù)載的變化顯示；

(b.)在Bi-V-Mo-B空間中共合金化有5個B值，每個B值包括4個不同的總合金載荷(y)，以不同的符號顯示;

圖4. Bi-V-Mo-Gd合金

(a.) Bi-V-Mo-Gd合金的組合表征；

(b.-e.)包含4個不同組成線的假彩色圖；

(f.)是來自圖d.的數(shù)據(jù)的疊加圖表示；

(g.)提供4條合成線的可視化，這些合成線都在圖2d的x=0.5平面內(nèi);

圖5. Bi-V-Mo-Gd合金

(a.) Bi-V-Mo-Gd合金拉曼光譜表征的不對稱(δas)和對稱(δs)VO4彎曲模分裂程度圖;

(b.)對于由a中的恒星標(biāo)記的3條組成線，Pmax和單斜畸變都繪制為相對于各自端點(diǎn)Bi-V-Mo和Bi-V-Gd組成之間的線性內(nèi)插的偏差(Δ);

(c.)繪制了b的左y軸和右y軸數(shù)據(jù)，以突出顯示低于Vegard定律預(yù)期的單斜畸變減少與Pmax共合金化增強(qiáng)之間的強(qiáng)相關(guān)性；

圖6. 結(jié)構(gòu)計算

(a.)一系列晶體結(jié)構(gòu)的計算能帶結(jié)構(gòu)；

(b.) 7個結(jié)構(gòu)的γ- V VBM處的空穴有效質(zhì)量；

【總結(jié)】

通過P、Ca、Mo、Eu、Gd、W及其成對組合成m-BiVO4的組合合金化，發(fā)現(xiàn)幾種共合金化體系具有協(xié)同作用，最佳共合金的光陽極性能超過了單獨(dú)使用任何一種合金元素所獲得的性能。在(Mo，Gd)體系中觀察到最佳的PEC性能，其中在Bi位點(diǎn)上的等價Gd取代和在V位點(diǎn)上的Mo給電子取代產(chǎn)生了大大改善的J - E曲線。通過XRD確保m-BiVO4相純度和拉曼光譜表征單斜畸變，研究人員確定了降低的單斜畸變和提高的光活性之間的關(guān)系，最后用Vegard式分析揭示了共合金元素之間的協(xié)同作用，這很好地解釋了當(dāng)它們與m- BiVO4結(jié)合時單斜畸變異常降低的原因。第一性原理DFT計算表明，空穴有效質(zhì)量隨著單斜畸變的降低而減小，可以使實(shí)驗(yàn)趨勢合理化。這種效應(yīng)與由鉬和/或鎢合金化提供的已確立的電子電導(dǎo)率增加是互補(bǔ)的，并且提供了一種新的機(jī)制，通過該機(jī)制可以理解和優(yōu)化基于BiVO4的光陽極。

文獻(xiàn)鏈接：Combinatorial Alloying Improves Bismuth Vanadate Photoanodes via Reduced Monoclinic Distortion, (Energy Environ. Sci., 2018, DOI:10.1039/C8EE00179K)

本文由材料人新能源學(xué)術(shù)組Z. Chen供稿，材料牛整理編輯。

cailiaokefu

能量收集技術(shù)(energy harvesting)的已經(jīng)有很長的發(fā)展歷史，特別是從2010年以來物聯(lián)網(wǎng)的火熱，更讓這種技術(shù)逐步被大多數(shù)人知悉。該技術(shù)主要包括采集動作、光、熱、振動等產(chǎn)生的微弱能量，存儲轉(zhuǎn)化微弱能量，以及極低功耗的功能電路，將此能量充分利用上。適合應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)等方面的所謂"永久性裝置(perpetual devices)"。

而門鈴發(fā)射器采用這類能量采集技術(shù)，通過內(nèi)置的微小的能量采集發(fā)電機(jī)取代傳統(tǒng)的電池，不但對環(huán)境無污染，還省去了換電池的麻煩。

如何區(qū)分能量收集技術(shù)的優(yōu)劣呢?作為自發(fā)電系統(tǒng)，如果按照通常使用習(xí)慣作為標(biāo)準(zhǔn)，則按壓的力量不宜過大，并且按壓的行程不宜過長。那么如何將一款門鈴發(fā)射器做薄，按鍵操作力做小就是衡量能量收集技術(shù)優(yōu)劣最的直觀標(biāo)準(zhǔn)了。