电转换效率超9%，厚度不及硅光伏电池千分之一！科学家研制出全新高效太阳能电池

据Mining.com网站报道，一个研究团队研究了一种基于AgBiS2制造太阳能电池的新方法，其吸收系数比目前其他所有光伏材料都高。

几年前，基于AgBiS2纳米晶体的太阳能电池横空出世成为热点，原因是它们由无毒且地球上含量丰富的元素组成，能够在低温环境下依托低成本的溶液处理技术生产。

但即使它们是有潜力的硅替代品，这些电池仍然无法达到商业化所需要的卓越性能。

于是，科学家对如何提高其性能进行了深入研究，结果发现这些半导体吸收剂的最优厚度与吸收系数密切相关。

这意味着他们需要找到一种超薄太阳能电池，在降低制造成本、重量的同时还具备高吸收率、量子效率和极致性能。

但是，在追求超薄层叠电池的同时，处理光捕获结构将增加成本，使得这个问题更加复杂，因为结构越薄，要实现吸收能量就越复杂。

这就是新的发展方向所在。

在发表于《自然光学》期刊的论文中，来自西班牙光子科学研究所、伦敦大学学院和伦敦帝国理工学院的研究者介绍了他们采用阳离子无序工程(cation disorder engineering)在电池中制作纳米晶体层的方法。

无序中找有序

具体讲，他们选择AgBiS2纳米晶体通过温和去火工艺，在晶格内对阳离子进行原子位置调整，实际上是强迫阳离子点间交换，实现阳离子均匀分布。

通过采用不同的退火温度并实现晶体排列中阳离子不同分布，他们发现，这种半导体性质的材料表现突出，其吸收系数高出目前光伏技术所使用的所有其他材料5-10倍，另外，其吸收光的范围从紫外线(400nm)到红外线(1000nm)。

在这项研究中，专家们指出，为保护这种新材料在退火后的纳米晶体光电性能，需要采用新的表面化学处理工艺。因此，他们采用巯基丙酸作为钝化配体。

“新兴无机太阳能电池原子无序的重要性已经成为该领域讨论的热点”，该研究共同第一作者肖恩·卡瓦纳(Seán Kavanagh)在媒体发布会上称。

“我们对AgBiS2中阳离子无序热动力学以及光/电效应的理论研究揭示了阳离子重定位的可及性及其对光电性质的重要影响。我们的计算表明，均匀的阳离子定位能够提高这些无序材料的太阳能电池性能，实验发现表明理论与实践是一致的。

薄度和效率

卡万纳解释称，借助此结果，他和团队构建了一种超薄的溶液处理的太阳能电池，将AgBiS2纳米晶体一层一层叠覆在氧化铟锡(ITO)/玻璃上，这是一种最常见的透明导电氧化物基板。他们用聚三芳胺溶液涂覆设备，并在人造光下照射设备，他们发现电转换效率超过9%，这种设备厚度不超过100nm，是目前薄膜光伏电池厚度的10-50分之一，不到硅光伏电池厚度的千分之一。

一台最好的设备已经送往美国纽波特光伏校准实验室测试，在AM1.5G全日照下产生8.85%的转换率。

“无论从稳定性、外形还是性能，本研究报告的设备都创造了低温、溶液处理和环保的无机太阳能电池的新纪录”，共同作者格拉西莫斯·康斯坦塔托斯(Gerasimos Konstantatos)称。“具有阳离子无序AgBiS2胶体纳米晶体的多元系统工程已证明这种材料可提供比迄今为止任何其他光伏材料更高的吸收系数，从而带来高效的极薄吸收体光伏器件。我们对结果感到兴奋，并将继续开展这一研究，以利用它们在光伏以及其他光电器件中的有益特性。”

 

原标题：科学家研制出新的高效太阳能电池