中科院研制出首例突破11%的新型鐵電-半導(dǎo)體耦合光伏器件

 日前，中科院電工所化合物薄膜太陽能電池研究組在普通鈉鈣玻璃上制備的鐵電-半導(dǎo)體耦合光伏器件，經(jīng)中國科學(xué)院太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)質(zhì)量檢測中心認證，其轉(zhuǎn)化效率達到11.3%。鐵電-半導(dǎo)體耦合光伏器件也稱為納米偶極子太陽能電池，屬于第三代太陽能電池。與傳統(tǒng)PN結(jié)不同的是，這種光伏器件是由具有鐵電特性的納米顆粒矩陣的極化電場來產(chǎn)生內(nèi)建電場；而填充在納米偶極子顆粒之間的半導(dǎo)體介質(zhì)則充當吸光材料的角色。在光照條件下，半導(dǎo)體吸光材料吸收可見光產(chǎn)生光生載流子，這些光生載流子在極化場的作用下分離，并向電池的兩極運動，對外電路輸出功率，從而完成太陽能光伏器件的電流和電壓兩個必要輸出。這種新型器件與傳統(tǒng)PN結(jié)光伏器件的一個重要區(qū)別是，薄膜中的這些納米顆粒在外電場的極化作用下會形成一個極化場，因而可以在電池制備完成后，通過外電場的偏轉(zhuǎn)影響電池的輸出電壓，進而提高轉(zhuǎn)換效率。該組已經(jīng)于2013年發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象特殊的現(xiàn)象，并發(fā)表在Prog. Photovolt: Res. Appl.上（“A CdS Nano-dipole Solar Cell”, Progress in Photovoltaics: Research and Applications. DOI: 10.1002/pip.2432）據(jù)介紹，由中科院電工所劉向鑫研究員帶領(lǐng)的團隊，采用CdS納米顆粒作為壓電材料，CdTe作為吸光材料，不僅通過多種微觀和宏觀技術(shù)證明了納米偶極子太陽能電池的工作機理，而且成功將這種新型光伏器件的轉(zhuǎn)換效率提高到了11.3%。相比較傳統(tǒng)的PN結(jié)型太陽能電池，納米偶極子薄膜電池的制備工藝更簡單，只需沉積一層薄膜。上述工作獲得了中國科學(xué)院、國家自然科學(xué)基金的支持。