------開創溶液處理太陽能電池轉化效率新紀錄

 

由英國牛津大學科學家帶領的研究團隊，以違反直覺的方式，用低光敏性的氧化鋁（Al2O3）替代光激發能力良好的二氧化鈦（TiO2）作為電極，將溶液可處理的太陽能電池的轉化效率提升至10.9%，創造了新的紀錄。他們認為這是因為氧化鋁能夠充當惰性支架，迫使電子停留其中，并通過超薄的吸收體層進行傳送。相關研究報告發表在近期出版的《科學》雜志上。

 

研究人員談到，雖然含有砷化鎵的太陽能電池的效率最高可達28%左右，但此次無疑開創了溶液可處理的固態太陽能電池的轉化效率記錄。同時，這一轉化率還有望在未來數年急速提升。

 

但在吸收光子并生成電子的光電過程中，基本的能量損失會逐步上升。為了克服這些損失，此前的研究試圖將厚度為2納米至10納米的鍍鋅層（ETA），附加到二氧化鈦電極的內表面，以增強電流密度和電壓。而之前帶有ETA層的太陽能電池的轉化效率僅為6.3%，科學家分析這很可能與二氧化鈦導致的電子混亂和低遷移率有關。因此他們在此次的研究中改用氧化鋁作為電極，其所生成的光激電子能被保留在ETA層內，而不會降低氧化物內的能級水平。同時，使用氧化鋁電極還具有多種優勢，例如它能顯著提升電子的傳送速度，迫使電子快速穿過鈣鈦礦ETA層，并同時提高電壓。這一改進也能使太陽能電池的轉化效率從8%左右提升至10.9%。因為氧化鋁充當了中尺度的支架，而不在光致激發中發揮任何作用。

 

科研人員表示，這項工作使低成本的溶液處理太陽能電池離晶體半導體的完美性能又近了一步，也為今后的研發開辟了廣泛的可能性。他們還期望通過使用新型的鈣鈦礦和其他半導體，或是擴展光的吸收范圍等途徑，使得電池未來的效率能夠得到進一步提升。