新材料可能在太陽能電池達成190%的量子效率

編譯/高晟鈞

裡哈伊大學的研究人員以CuxGeSe/SnS作為太陽能電池活性層的材料,表現出了 80% 的平均光伏吸收率(吸收太陽能光譜的能力)和 190% 的外量子效率(每一入射的光子能夠轉換成傳輸到外部電路電子的能力)。

最近二維材料領域已朝向異質堆疊方向發展,使用層狀堆疊原子級薄的新材料,將使材料具備更多有趣的特性。圖取自TechXplore

范德華間隙

利用化學氣相沉積法成長二維將帶來巨大希望,利用這種方法可以產生高品質、高可控性及優異電性的二維材料,用於包含太陽能電池、半導體晶片等製造。最近二維材料領域已朝向異質堆疊方向發展,使用層狀堆疊原子級薄的新材料,這種人為合成的堆疊材料,將使材料具備更多有趣的特性。

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「范德華間隙」是層狀二維材料之間的原子級小間隙,這些間隙可以限制分子或離子。材料科學家在間隙中「插入」其他元素來調整材料特性。在此研究中,研究人員將零價銅原子插入由硒化鍺(GeSe)和硫化錫(SnS)製成的二維材料層之間,設計出一具有「中間能帶」的特殊材料。

中間能帶材料

具有中間能帶的太陽能電池(IBSC)概念是一種新興技術,可以將陽光更高效的轉換為電能,有望徹底改變再生能源的發展。在典型的IBSC系統中,太陽輻射可以將電子逐步激發(價帶>>中間帶>>激發態);這種逐步激發的過程,使得單一光子可以在轉換過程產生多個激子,此現象被稱為「多激子生成」(Multiple exciton generation)。

在傳統的太陽能電池中,最大的外量子效率(External quantum efficiency, 簡稱EQE)為100%,即吸收一個光子可以激發一個電子。然而過去幾年開發的一些先進材料和結構,已經證明高能量光子可以產生和收集多個電子,EQE超過100%。

雖然這種具有多激子生成現象的材料尚未廣泛商業化,但它們具有提高太陽能系統效率的極大潛力。在理海大學開發的材料中,中間能帶能夠捕獲傳統太陽能電池因反射或熱損耗兒所損失的光子能量,其EQE達到了驚人的190%。

這項研究作為將量子材料整合到太陽能系統的一項正向指標,標誌著下一代高效太陽能的發展可能性。

資料來源:TechXplore

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