太陽能作為清潔能源的重要組成部分，一直在追求更高的效率和可持續(xù)發(fā)展。最近，美國理海大學(xué)的研究人員開發(fā)出了一種新材料，可大幅提高太陽能電池板效率。使用該材料作為太陽能電池活性層的原型表現(xiàn)出80%的平均光伏吸收率、高光生載流子生成率以及高達(dá)190%的外量子效率(EQE)。這一指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了突破硅基材料的肖克利-奎瑟理論效率極限，并將光伏量子材料領(lǐng)域推向新高度。
這項(xiàng)研究的結(jié)果在光伏量子材料領(lǐng)域引起了巨大的轟動(dòng)。光伏量子材料是一種新型材料，可以直接將光能轉(zhuǎn)化為電能，并具有較高的效率。然而，長期以來，科學(xué)家們一直被肖克利-奎瑟理論效率極限所限制，這導(dǎo)致光伏量子材料的發(fā)展受到了一定的限制。然而，這項(xiàng)研究的結(jié)果顯示，使用該新材料作為太陽能電池活性層，能夠突破這個(gè)理論極限，將光伏量子材料領(lǐng)域推向了一個(gè)新的高度。
研究人員表示，這項(xiàng)工作代表著在理解和開發(fā)可持續(xù)能源解決方案的一次重大飛躍。未來，這種創(chuàng)新方法將重新定義太陽能的效率和可及性。
該材料效率的提升很大程度上歸因于獨(dú)特的“中間能帶態(tài)”，即位于材料電子結(jié)構(gòu)內(nèi)的特定能級(jí)。這使其成為太陽能轉(zhuǎn)換的理想選擇。
這些態(tài)的能級(jí)處于最佳子帶隙內(nèi)(材料可有效吸收太陽光并產(chǎn)生載流子的能量范圍)，約為0.78至1.26電子伏特。此外，該材料在電磁波譜的紅外和可見光區(qū)域具有高吸收水平。
在傳統(tǒng)太陽能電池中，最大EQE為100%，代表從太陽光吸收的每個(gè)光子產(chǎn)生并收集一個(gè)電子。然而，過去幾年開發(fā)的一些先進(jìn)材料和結(jié)構(gòu)已經(jīng)證明能夠從高能光子中產(chǎn)生和收集多個(gè)電子，也就是說EQE可以超過100%。雖然這種多重激子產(chǎn)生材料尚未廣泛商業(yè)化，但它們具有極大提高太陽能系統(tǒng)效率的潛力。
在新材料中，“中間能帶態(tài)”能夠捕獲傳統(tǒng)太陽能電池失去的光子能量。研究人員利用“范德華間隙”，即層狀二維材料之間的原子級(jí)小間隙，開發(fā)了這種新型材料。這些間隙可以限制分子或離子，材料科學(xué)家通常使用它們來插入或嵌入其他元素，以調(diào)整材料特性。
為了開發(fā)新材料，研究人員將零價(jià)銅原子插入到由硒化鍺和硫化錫組成的二維材料層之間。隨后，他們開發(fā)出可作為概念證明的原型。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其快速響應(yīng)和提高效率有力地證明了銅插層作為量子材料在光伏應(yīng)用中的潛力，這為提高太陽能轉(zhuǎn)換效率提供了一條新途徑。
這項(xiàng)研究的成功將為未來光伏能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來巨大的影響。太陽能電池板效率的提高將為可再生能源的廣泛應(yīng)用提供更多可能性，進(jìn)一步推動(dòng)可持續(xù)能源的發(fā)展進(jìn)程。目前，該研究還處于實(shí)驗(yàn)室階段，仍需進(jìn)一步的研究和開發(fā)。然而，科學(xué)界對這項(xiàng)研究的結(jié)果充滿了期待，并認(rèn)為這將為太陽能電池技術(shù)的發(fā)展帶來新的突破。
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