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新方案可提高矽太陽能電池效率

北京
2019-07-05 12:11

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新華社北京7月5日電美國研究人員設計出一種新型矽太陽能電池方案,通過改變鈍化層材料提高矽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佈公報說,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,高能光子的剩餘能量會以熱量的形式散失。

此前人們發現,在並四苯等某些有機材料裡,一個分子吸收一個高能光子後,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,在矽電池上覆蓋一層並四苯,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矽材料中是一個關鍵難題。

為了保證電池效率和耐久性,矽材料必須有表面鈍化層。並四苯中產生的電子必須穿過鈍化層,才能到達矽材料。相對於電子轉移能力來說,目前的鈍化層都太厚了。

新方案的關鍵是用氮氧化鉿對矽材料進行鈍化,得到的鈍化層厚度僅0.8納米(1納米等於十億分之一米),可容許更多電子通過。研究表明,並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,轉移到矽材料裡。

相關論文已發表在英國《自然》雜誌上。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。該方案沒有引入複雜的設計,而且可能使電池總體上更薄。
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