近日，大連化物所太陽能研究部（DNL16）李燦院士團隊發(fā)現(xiàn)了光伏效應(yīng)與熱電效應(yīng)的耦合機制，實現(xiàn)了長波紅外光熱能的利用，提升太陽電池的能量轉(zhuǎn)換效率至27%以上，為發(fā)展高效太陽電池提供了新思路。
李燦團隊在長期開展光（電）催化和人工光合成研究的同時，也持續(xù)致力于高效太陽電池新材料和新機制的探索。傳統(tǒng)太陽電池的能量轉(zhuǎn)換效率受限于Shockley-Queisser理論極限，其主要原因是長波區(qū)光子不能被光電轉(zhuǎn)化利用。因此，高效利用太陽全光譜能量的主要挑戰(zhàn)之一就是如何利用長波區(qū)的能量。針對該挑戰(zhàn)，團隊提出了光電-熱電雙效應(yīng)耦合的思路。
在本工作中，團隊基于鈣鈦礦材料的熱電性質(zhì)和低熱導(dǎo)率特性，在電池內(nèi)部構(gòu)建垂直溫度梯度（ΔT），從而激發(fā)熱電效應(yīng)，將長波區(qū)紅外光熱能轉(zhuǎn)化為電能；同時，短波區(qū)光子通過光伏效應(yīng)將其轉(zhuǎn)換為電能，以期實現(xiàn)太陽全光譜能量的利用。團隊通過調(diào)控太陽電池結(jié)構(gòu)及載流子傳輸特性，實驗驗證了光生載流子（光電效應(yīng)）與熱擴散載流子（熱電效應(yīng)）的耦合效應(yīng)。結(jié)果表明，基于FAPbI?的太陽電池在耦合熱電效應(yīng)后，能量轉(zhuǎn)換效率從基準值25.65%提升至27.17%（ΔT=10℃）。這一結(jié)果初步驗證了光電-熱電雙效應(yīng)耦合策略在提升太陽電池性能方面的可行性。
上述工作以“Synergistic Cooperation between Photovoltaic and Thermoelectric Effects in Solar Cells”為題，發(fā)表在《能源與環(huán)境科學(xué)》（Energy & Environmental Science）上。該工作的第一作者是大連化物所DNL1607組副研究員傅平。該工作得到國家自然科學(xué)基金委“人工光合成”基礎(chǔ)科學(xué)中心項目，大連化物所創(chuàng)新基金等項目的支持。
