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新方案可提高硅太陽(yáng)能電池效率
2019-07-05 12:17:52 來(lái)源: 新華網(wǎng)
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  新華社北京7月5日電 美國(guó)研究人員設(shè)計(jì)出一種新型硅太陽(yáng)能電池方案,通過(guò)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(guó)麻省理工學(xué)院日前發(fā)布公報(bào)說(shuō),新電池由該校人員和美國(guó)普林斯頓大學(xué)等機(jī)構(gòu)同行設(shè)計(jì),利用“單線(xiàn)態(tài)激子裂變”原理,加強(qiáng)對(duì)高能光子能量的利用。

  在太陽(yáng)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(huì)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(chēng)為“單線(xiàn)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(xiàn)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(guò)鈍化層,才能到達(dá)硅材料。相對(duì)于電子轉(zhuǎn)移能力來(lái)說(shuō),目前的鈍化層都太厚了。

  新方案的關(guān)鍵是用氮氧化鉿對(duì)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(guò)。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(guò)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(guó)《自然》雜志上。研究人員說(shuō),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(méi)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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【糾錯(cuò)】 責(zé)任編輯: 徐宙超
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