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 一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)研究了一種基于AgBiS2制造太陽(yáng)能電池的新方法，其吸收系數(shù)比目前其他所有光伏材料都高。

幾年前，基于AgBiS2納米晶體的太陽(yáng)能電池橫空出世成為熱點(diǎn)，原因是它們由無(wú)毒且地球上含量豐富的元素組成，能夠在低溫環(huán)境下依托低成本的溶液處理技術(shù)生產(chǎn)。

但即使它們是有潛力的硅替代品，這些電池仍然無(wú)法達(dá)到商業(yè)化所需要的卓越性能。

于是，科學(xué)家對(duì)如何提高其性能進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些半導(dǎo)體吸收劑的最優(yōu)厚度與吸收系數(shù)密切相關(guān)。

這意味著他們需要找到一種超薄太陽(yáng)能電池，在降低制造成本、重量的同時(shí)還具備高吸收率、量子效率和極致性能。

但是，在追求超薄層疊電池的同時(shí)，處理光捕獲結(jié)構(gòu)將增加成本，使得這個(gè)問(wèn)題更加復(fù)雜，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)越薄，要實(shí)現(xiàn)吸收能量就越復(fù)雜。

這就是新的發(fā)展方向所在。

在發(fā)表于《自然光學(xué)》期刊的論文中，來(lái)自西班牙光子科學(xué)研究所、倫敦大學(xué)學(xué)院和倫敦帝國(guó)理工學(xué)院的研究者介紹了他們采用陽(yáng)離子無(wú)序工程(cation disorder engineering)在電池中制作納米晶體層的方法。

無(wú)序中找有序

具體講，他們選擇AgBiS2納米晶體通過(guò)溫和去火工藝，在晶格內(nèi)對(duì)陽(yáng)離子進(jìn)行原子位置調(diào)整，實(shí)際上是強(qiáng)迫陽(yáng)離子點(diǎn)間交換，實(shí)現(xiàn)陽(yáng)離子均勻分布。

通過(guò)采用不同的退火溫度并實(shí)現(xiàn)晶體排列中陽(yáng)離子不同分布，他們發(fā)現(xiàn)，這種半導(dǎo)體性質(zhì)的材料表現(xiàn)突出，其吸收系數(shù)高出目前光伏技術(shù)所使用的所有其他材料5-10倍，另外，其吸收光的范圍從紫外線(400nm)到紅外線(1000nm)。

在這項(xiàng)研究中，專(zhuān)家們指出，為保護(hù)這種新材料在退火后的納米晶體光電性能，需要采用新的表面化學(xué)處理工藝。因此，他們采用巰基丙酸作為鈍化配體。

“新興無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池原子無(wú)序的重要性已經(jīng)成為該領(lǐng)域討論的熱點(diǎn)”，該研究共同第一作者肖恩·卡瓦納(Seán Kavanagh)在媒體發(fā)布會(huì)上稱(chēng)。

“我們對(duì)AgBiS2中陽(yáng)離子無(wú)序熱動(dòng)力學(xué)以及光/電效應(yīng)的理論研究揭示了陽(yáng)離子重定位的可及性及其對(duì)光電性質(zhì)的重要影響。我們的計(jì)算表明，均勻的陽(yáng)離子定位能夠提高這些無(wú)序材料的太陽(yáng)能電池性能，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)表明理論與實(shí)踐是一致的。

薄度和效率

卡萬(wàn)納解釋稱(chēng)，借助此結(jié)果，他和團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一種超薄的溶液處理的太陽(yáng)能電池，將AgBiS2納米晶體一層一層疊覆在氧化銦錫(ITO)/玻璃上，這是一種最常見(jiàn)的透明導(dǎo)電氧化物基板。他們用聚三芳胺溶液涂覆設(shè)備，并在人造光下照射設(shè)備，他們發(fā)現(xiàn)電轉(zhuǎn)換效率超過(guò)9%，這種設(shè)備厚度不超過(guò)100nm，是目前薄膜光伏電池厚度的10-50分之一，不到硅光伏電池厚度的千分之一。

一臺(tái)最好的設(shè)備已經(jīng)送往美國(guó)紐波特光伏校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，在AM1.5G全日照下產(chǎn)生8.85%的轉(zhuǎn)換率。

“無(wú)論從穩(wěn)定性、外形還是性能，本研究報(bào)告的設(shè)備都創(chuàng)造了低溫、溶液處理和環(huán)保的無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池的新紀(jì)錄”，共同作者格拉西莫斯·康斯坦塔托斯(Gerasimos Konstantatos)稱(chēng)。“具有陽(yáng)離子無(wú)序AgBiS2膠體納米晶體的多元系統(tǒng)工程已證明這種材料可提供比迄今為止任何其他光伏材料更高的吸收系數(shù)，從而帶來(lái)高效的極薄吸收體光伏器件。我們對(duì)結(jié)果感到興奮，并將繼續(xù)開(kāi)展這一研究，以利用它們?cè)诠夥约捌渌怆娖骷械挠幸嫣匦浴?rdquo;

原標(biāo)題：科學(xué)家研制出新的高效太陽(yáng)能電池