中国科学家为提升太阳能电池等光电转换效率找到新办法

11 01月 2017

2017-01-11 11:39

来自中国吉林大学一科研团队在揭示二维半导体材料光物理机制上取得新进展，为提升太阳能电池等光电转换效率找到新办法。该成果于近日发表在国际著名学术期刊《自然通讯》杂志上。

近年来，既具有与石墨烯类似的极限物理厚度，又具有石墨烯所缺失的直接带隙能带结构的二维半导体单层材料——过渡族金属硫族化合物单层，展现出了比石墨烯还丰富的光物理特性，在超薄且柔性的能量转换及存储领域受到了广泛的关注。

吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点联合实验室孙洪波-王海宇教授科研团队与新加坡国立大学、伦敦帝国理工学院等单位合作，发现了以二硫化钼单层为代表的该类材料中高能热载流子产生新途径和提取高效性，对于深入理解相关二维器件的光物理图像和工作机制提供了原理性的解释，同时也为提高二维半导体材料在太阳能电池等光电应用领域的能量转换效率提供了新的启示。

据了解，在以太阳能电池为代表的光电应用中，光电转换效率是最为重要的指标之一。在传统的由体材料半导体制备的光伏器件中，由于光生热载流子会通过发射声子的方式极其快速地弛豫到能带底部，这一过程会产生无法有效利用的热量，从而在理论上将太阳能电池的最高光电转换效率限制在约31%；若能利用材料的某些特性来充分减慢热载流子的冷却过程，使这些热载流子能在弛豫到能带底部之前被提取出来的话，则在理论上有可能将光伏器件的最高光电转换效率提高一倍。

上述研究得到中国国家自然科学基金等项目资助。