澳大利亞新南威爾士大學(xué)科學(xué)家研發(fā)出一種改良的銻基硫族化合物太陽能電池，經(jīng)認證的光電轉(zhuǎn)化效率達到10.7%，創(chuàng)下該類材料的歷史新高。相關(guān)論文發(fā)表于最新一期《自然·能源》雜志。
碲基硫化物太陽能電池。圖片來源：澳大利亞新南威爾士大學(xué)
這一成果不僅刷新性能紀錄，更讓銻基硫族化合物（如三硫化二銻、三硒化二銻等）首次被納入國際“太陽能電池效率表”，為下一代高效、低成本太陽能技術(shù)注入新動能。
當前，太陽能電池技術(shù)正邁向“疊層時代”——將多個吸收不同波段陽光的電池堆疊起來，以盡量汲取太陽光能。但哪種材料最適合與傳統(tǒng)硅電池搭檔依然面臨選擇。作為上層“捕光先鋒”，銻基硫族化合物是候選者之一。
該材料具有四大顯著優(yōu)勢：原料豐富、成本低廉，不依賴稀有或貴金屬；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、壽命更長，作為無機材料，遠比有機或鈣鈦礦類器件耐老化；吸光極強，僅需約300納米厚的薄膜，即可高效捕獲陽光；可在較低溫度下沉積成膜，大幅降低能耗，利于大規(guī)模量產(chǎn)。
盡管優(yōu)勢明顯，但自2020年以來，這類電池光電轉(zhuǎn)化效率始終難破10%大關(guān)。最新研究發(fā)現(xiàn)，問題出在制造過程中的元素分布——硫和硒分布不均，形成“能量障礙”，阻礙光生電荷順利傳輸，導(dǎo)致能量白白流失。為破解這一難題，團隊巧妙地在合成過程中加入微量硫化鈉，這一改良顯著提升了電荷遷移效率。
優(yōu)化后的電池在實驗室測得效率達11.02%，經(jīng)澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織（CSIRO）獨立認證為10.7%。CSIRO是全球9個公認的權(quán)威光伏測試中心之一。
不過，團隊坦言，材料內(nèi)部仍存在缺陷，性能尚未觸頂。通過表面鈍化等化學(xué)處理手段，可進一步減少能量損耗，釋放更大潛力，近期目標是將電池效率提升至12%。
銻基硫族化合物的應(yīng)用遠不止于傳統(tǒng)光伏板。其超薄、半透明的特性，使其成為“透視太陽能窗”的理想選擇。此外，該材料的帶隙特性與室內(nèi)光照譜高度匹配，特別適合低光環(huán)境下的微能源采集。未來或可用于智能徽章、電子紙顯示器、自供電傳感器乃至物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。
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