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美研發(fā)新方法可提高硅太陽能電池效率

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量：966次  |  2020年04月21日  

美國研究人員設(shè)計(jì)出一種新型硅太陽能電池方案，通過改變鈍化層材料提高硅電池能量轉(zhuǎn)化效率的上限，可從目前的約29%提升到35%。


美國麻省理工學(xué)院日前發(fā)布公報(bào)說，新電池由該校人員和美國普林斯頓大學(xué)等機(jī)構(gòu)同行設(shè)計(jì)，利用單線態(tài)激子裂變原理，加強(qiáng)對高能光子能量的利用。


在太陽能電池中，光子激發(fā)材料分子釋放電子，產(chǎn)生電流。通常一個(gè)光子只能激發(fā)出一個(gè)電子，高能光子的剩余能量會以熱量的形式散失。


此前人們發(fā)現(xiàn)，在并四苯等某些有機(jī)材料里，一個(gè)分子吸收一個(gè)高能光子后，可將部分能量轉(zhuǎn)移給另一個(gè)分子，最終產(chǎn)生兩個(gè)電子，這種現(xiàn)象稱為單線態(tài)激子裂變。理論上，在硅電池上覆蓋一層并四苯，就能用一個(gè)高能光子獲得兩個(gè)電子，但如何讓單線態(tài)激子裂變產(chǎn)生的兩個(gè)電子轉(zhuǎn)移到硅材料中是一個(gè)關(guān)鍵難題。


為了保證電池效率和耐久性，硅材料必須有表面鈍化層。并四苯中產(chǎn)生的電子必須穿過鈍化層，才能到達(dá)硅材料。相對于電子轉(zhuǎn)移能力來說，目前的鈍化層都太厚了。


新方案的關(guān)鍵是用氮氧化鉿對硅材料進(jìn)行鈍化，得到的鈍化層厚度僅0.8納米（1納米等于十億分之一米），可容許更多電子通過。研究表明，并四苯每吸收一個(gè)光子，平均有1.3個(gè)電子可穿過氮氧化鉿鈍化層，轉(zhuǎn)移到硅材料里。


相關(guān)論文已發(fā)表在英國《自然》雜志上。研究人員說，新電池效率遠(yuǎn)未達(dá)到理論極限，尚需改進(jìn)，但試驗(yàn)證明了其中的關(guān)鍵步驟行之有效。該方案沒有引入復(fù)雜的設(shè)計(jì)，而且可能使電池總體上更薄。


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