隨著全球與能源相關(guān)的二氧化碳排放量在2021年達(dá)到歷史最高水平，對(duì)清潔能源的需求比以往任何時(shí)候都更加緊迫。一種這樣的化石燃料替代品是太陽能。武漢光電子國家實(shí)驗(yàn)室(WNLO)和光電子學(xué)院的陳超表示，太陽能電池已經(jīng)用多種材料開發(fā)，但硒(Se)是一種理想的選擇，因?yàn)樗杀镜汀⒎€(wěn)定且無毒。華中科技大學(xué)信息網(wǎng).

然而，它的效率受到其低熔點(diǎn)和寬帶隙的限制——在這個(gè)范圍內(nèi)不存在電子態(tài)?，F(xiàn)在，Chen和其他研究人員通過將硒與碲(Te)合金化，克服了這些限制，使硒太陽能電池成為更具吸引力的選擇。

研究人員在光電子學(xué)前沿發(fā)表了他們的研究結(jié)果。

據(jù)研究人員稱，單結(jié)太陽能電池的最佳帶隙范圍為1-1.5eV，但Se的帶隙約為1.8eV，使其比用于太陽能電池的理想范圍更寬。通過將硒與碲配對(duì)，研究人員能夠?qū)⑻柲茈姵卣{(diào)整到Shockley-Queisser極限，這是單結(jié)太陽能電池的最大理論效率。

“將[硒]與具有相同晶體結(jié)構(gòu)且[具有]窄帶隙的碲合金，可以調(diào)節(jié)帶隙并提高熔點(diǎn)，從而擴(kuò)大吸收光譜并提高[硒太陽能電池]薄膜的質(zhì)量，”通訊作者、華中科技大學(xué)光電子信息學(xué)院副教授陳說。“因此Se1-xTex合金有望實(shí)現(xiàn)太陽能電池效率的提高。”

研究人員還在太陽能電池的制造中使用氧化鋅(ZnO)作為電子傳輸層，因?yàn)檠趸\和硒/碲的界面具有適當(dāng)?shù)哪軒帕泻蜏睾偷姆磻?yīng)。

“選擇氧化鋅作為電子傳輸層，它可以與硒發(fā)生輕微反應(yīng)，以增強(qiáng)其界面粘附性并減少懸空鍵，從而減少界面缺陷，”陳說。

陳說，氧化鋅的這種使用是這項(xiàng)研究的新穎部分之一，同時(shí)研究人員對(duì)硒碲太陽能電池的某些方面進(jìn)行了分析。

“通過光強(qiáng)相關(guān)電流-電壓、電容-電壓和溫度相關(guān)導(dǎo)納的表征，分析了Se1-xTex合金太陽能電池的復(fù)合機(jī)理和缺陷類型，這將有助于進(jìn)一步優(yōu)化Se1-xTex合金系統(tǒng)，”陳說。

在制造出具有氧化鋅電子傳輸層的新型硒碲太陽能電池后，研究人員發(fā)現(xiàn)，新材料保留了先前已知的具有大吸收系數(shù)和非常光電導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)提高了效率。

“在空氣中放置九個(gè)月后，ZnO/Se0.7Te0.3太陽能電池的效率增加了一倍多，”陳說。“ZnO/Se0.7Te0.3[被證明是]一種具有能帶匹配和緊密附著力的優(yōu)異結(jié)，并初步實(shí)現(xiàn)了1.85%的效率。”

研究人員現(xiàn)在正在尋求改進(jìn)太陽能電池的制造，然后擴(kuò)大技術(shù)規(guī)模。

“下一步將制備高質(zhì)量的Se1-xTex合金薄膜——消除空穴和空位缺陷等——優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)——增加空穴傳輸層等——以進(jìn)一步提高效率Se1-xTex合金太陽能電池并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。”

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