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上海矽酸研究所光伏材料研究取得進展

編輯:AG手机客户端 瀏覽: 添加時間:2014-01-22 15:55

  來自上海矽酸研究所的消息:

太陽能電池因具有替代現有化石能源而解決能源環境問題的前景越來越得到全世界的一致認可和推動。然而,目前太陽能電池的光電轉換效率依然不高。影響光電轉換效率的因素主要有三個:一是光的吸收;二是光生電子空穴對的分離與傳輸;三是電荷的收集。光伏材料是太陽能電池的關鍵部分,因此,提升太陽能電池的光電轉換效率的主要途徑是提高光伏材料對光的吸收和抑製光生載流子的複合,而實現這兩者的研究主要集中在能帶調控上。如何製備能帶位置匹配的新型光伏材料依然是目前研究的難點和熱點。 
  最近,中國科學院上海矽酸鹽研究所研究員黃富強帶領的光電轉換材料與器件研究課題組與北京大學化學係合作對黃銅礦結構電池材料CuInS2和CuGaS2合理地進行Sn在In/Ga位的摻雜,成功地在禁帶中間引入半充滿的中間能帶(Sn摻雜CuGaS2帶隙減小至1.8 eV,而吸收範圍延伸至1.0 eV即近紅外區域,Sn摻雜CuInS2薄膜則將帶隙減小至1.0 eV左右),作為小能量光子躍遷的跳板,克服了材料光學帶隙對太陽光譜響應範圍的限製,實現VBM ® CBM, VBM ® IB, IB ® CBM三個光子激發電子躍遷的通道,從而實現了覆蓋大部分太陽能光譜的響應,大大提高了光電流,從而有望大幅提高電池轉換效率。 
  該合作團隊基於調控中心離子配位場來實現材料禁帶寬度的降低,探索製備了一種新型窄帶隙鐵電光伏材料:KBiFe2O5。相對於八麵體場,四麵體場具有較小的分裂能,從而能夠有效地降低材料的禁帶寬度。樣品結構是由四麵體配位的FeO4四麵體層通過Bi2O2鏈連接而成的三維骨架結構,禁帶寬度為1.59 eV,為目前已知高溫多鐵材料中禁帶寬度最窄的。由於本征極化場的存在,有效降低光生載流子的複合率,樣品表現出明顯的光伏響應,產生突破材料帶隙限製的光生電壓,電壓高達8.8 V,光生電流為15 mA/cm2,高於已知最佳鐵電光伏材料性能。 
  這一研究結果的意義在於:一方麵成功製備了一類新型中間帶太陽能電池材料,並實現了寬光譜響應及光電流的大幅提升;另一方麵實現了鐵電光伏材料中結構調控帶隙寬度的設想,為開發新一代具有可控微結構及高光電轉換效率的新型太陽能電池提供了新思路。 



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