新方案可提高硅太阳能电池效率

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美国研究人员设计了一种新的硅太阳能电池方案，通过改变钝化层材料，可以将硅电池的能量转换效率上限从约29%提高到35%。

麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)最近发布公告称，这种新型电池是由其工作人员和美国普林斯顿大学(Princeton University)等机构设计的，高能光子能量的使用通过使用“单重态激子裂变”的原理得到了增强。

在太阳能电池中，光子激发物质分子释放电子并产生电流。通常，一个光子只能激发一个电子，高能光子的剩余能量将以热量的形式损失掉。

以前，人们发现在一些有机材料中，如四碳烯，一个分子吸收一个高能光子后，可以将部分能量转移到另一个分子，最终产生两个电子。这种现象被称为“单重态激子裂变”。从理论上讲，在硅电池上覆盖一层四碳烯可以从一个高能光子中获得两个电子，但是如何将“单重态激子裂变”产生的两个电子转移到硅材料中是一个关键问题。

为了确保电池的效率和耐久性，硅材料必须具有表面钝化层。在四烯中产生的电子必须通过钝化层到达硅材料。与电子转移能力相比，电流钝化层太厚。

新方案的关键是用氮氧化铪钝化硅材料，获得的钝化层厚度仅为0.8纳米(1纳米等于十亿分之一米)，可以让更多的电子通过。研究表明，对于每一个被四烯吸收的光子，平均有1.3个电子可以穿过氮氧化铪的钝化层并转移到硅材料中。

相关论文发表在英国杂志《自然》上。研究人员表示，这种新型电池的效率远未达到理论极限，需要改进，但实验证明，关键步骤是有效的。该方案不引入复杂的设计，并且可能使电池整体更薄。