研究人员提高低成本太阳能电池的效率

随着全球与能源相关的二氧化碳排放量在2021年达到历史最高水平，对清洁能源的需求比以往任何时候都更加紧迫。一种这样的化石燃料替代品是太阳能。武汉光电子国家实验室(WNLO)和光电子学院的陈超表示，太阳能电池已经用多种材料

随着全球与能源相关的二氧化碳排放量在2021年达到历史最高水平，对清洁能源的需求比以往任何时候都更加紧迫。一种这样的化石燃料替代品是太阳能。武汉光电子国家实验室(WNLO)和光电子学院的陈超表示，太阳能电池已经用多种材料开发，但硒(Se)是一种理想的选择，因为它成本低、稳定且无毒。华中科技大学信息网.

然而，它的效率受到其低熔点和宽带隙的限制——在这个范围内不存在电子态。现在，Chen和其他研究人员通过将硒与碲(Te)合金化，克服了这些限制，使硒太阳能电池成为更具吸引力的选择。

研究人员在光电子学前沿发表了他们的研究结果。

据研究人员称，单结太阳能电池的最佳带隙范围为1-1.5eV，但Se的带隙约为1.8eV，使其比用于太阳能电池的理想范围更宽。通过将硒与碲配对，研究人员能够将太阳能电池调整到Shockley-Queisser极限，这是单结太阳能电池的最大理论效率。

“将[硒]与具有相同晶体结构且[具有]窄带隙的碲合金，可以调节带隙并提高熔点，从而扩大吸收光谱并提高[硒太阳能电池]薄膜的质量，”通讯作者、华中科技大学光电子信息学院副教授陈说。“因此Se1-xTex合金有望实现太阳能电池效率的提高。”

研究人员还在太阳能电池的制造中使用氧化锌(ZnO)作为电子传输层，因为氧化锌和硒/碲的界面具有适当的能带排列和温和的反应。

“选择氧化锌作为电子传输层，它可以与硒发生轻微反应，以增强其界面粘附性并减少悬空键，从而减少界面缺陷，”陈说。

陈说，氧化锌的这种使用是这项研究的新颖部分之一，同时研究人员对硒碲太阳能电池的某些方面进行了分析。

“通过光强相关电流-电压、电容-电压和温度相关导纳的表征，分析了Se1-xTex合金太阳能电池的复合机理和缺陷类型，这将有助于进一步优化Se1-xTex合金系统，”陈说。

在制造出具有氧化锌电子传输层的新型硒碲太阳能电池后，研究人员发现，新材料保留了先前已知的具有大吸收系数和非常光电导的优点，同时提高了效率。

“在空气中放置九个月后，ZnO/Se0.7Te0.3太阳能电池的效率增加了一倍多，”陈说。“ZnO/Se0.7Te0.3[被证明是]一种具有能带匹配和紧密附着力的优异结，并初步实现了1.85%的效率。”

研究人员现在正在寻求改进太阳能电池的制造，然后扩大技术规模。

“下一步将制备高质量的Se1-xTex合金薄膜——消除空穴和空位缺陷等——优化器件结构——增加空穴传输层等——以进一步提高效率Se1-xTex合金太阳能电池并实现量产。”