Nature：新型硅太阳能电池方案，效率有望升至35%！

来源：材料科学与工程

美国研究人员设计出一种新型硅太阳能电池方案，通过改变钝化层材料提高硅电池能量转化效率的上限，可从目前的约29%提升到35%。美国麻省理工学院日前发布公报说，新电池由该校人员和美国普林斯顿大学等机构同行设计，利用“单线态激子裂变”原理，加强对高能光子能量的利用。

在太阳能电池中，光子激发材料分子释放电子，产生电流。通常一个光子只能激发出一个电子，高能光子的剩余能量会以热量的形式散失。

此前人们发现，在并四苯等某些有机材料里，一个分子吸收一个高能光子后，可将部分能量转移给另一个分子，最终产生两个电子，这种现象称为“单线态激子裂变”。理论上，在硅电池上覆盖一层并四苯，就能用一个高能光子获得两个电子，但如何让“单线态激子裂变”产生的两个电子转移到硅材料中是一个关键难题。

为了保证电池效率和耐久性，硅材料必须有表面钝化层。并四苯中产生的电子必须穿过钝化层，才能到达硅材料。相对于电子转移能力来说，目前的钝化层都太厚了。

新方案的关键是用氮氧化铪对硅材料进行钝化，得到的钝化层厚度仅0.8纳米（1纳米等于十亿分之一米），可容许更多电子通过。研究表明，并四苯每吸收一个光子，平均有1.3个电子可穿过氮氧化铪钝化层，转移到硅材料里。

相关论文已发表在英国《Nature》杂志上。研究人员说，新电池效率远未达到理论极限，尚需改进，但试验证明了其中的关键步骤行之有效。该方案没有引入复杂的设计，而且可能使电池总体上更薄。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1339-4