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美研發新方法可提高硅太陽能電池效率

鉅大鋰電  |  點擊量：0次  |  2020年04月21日  

美國研究人員設計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化效率的上限，可從目前的約29%提升到35%。


美國麻省理工學院日前發布公報說，新電池由該校人員和美國普林斯頓大學等機構同行設計，利用單線態激子裂變原理，加強對高能光子能量的利用。


在太陽能電池中，光子激發材料分子釋放電子，產生電流。通常一個光子只能激發出一個電子，高能光子的剩余能量會以熱量的形式散失。


此前人們發現，在并四苯等某些有機材料里，一個分子吸收一個高能光子后，可將部分能量轉移給另一個分子，最終產生兩個電子，這種現象稱為單線態激子裂變。理論上，在硅電池上覆蓋一層并四苯，就能用一個高能光子獲得兩個電子，但如何讓單線態激子裂變產生的兩個電子轉移到硅材料中是一個關鍵難題。


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


新方案的關鍵是用氮氧化鉿對硅材料進行鈍化，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，并四苯每吸收一個光子，平均有1.3個電子可穿過氮氧化鉿鈍化層，轉移到硅材料里。


相關論文已發表在英國《自然》雜志上。研究人員說，新電池效率遠未達到理論極限，尚需改進，但試驗證明了其中的關鍵步驟行之有效。該方案沒有引入復雜的設計，而且可能使電池總體上更薄。


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