黑磷-提升太阳能电池效率的新思路

研制高效的低成本的太阳能电池是全球共同面临的巨大挑战。染料敏化太阳能电池因其具有成本低廉、工艺简单、可小型化、环境友好等优点,展现出广阔的产业化前景。而实现太阳能电池高转化效率的首要途径是尽可能提高太阳光的利用率,这就要求电池电极能最大限度地捕捉太阳发出的各种光线,并实现高效的光电转换。

新材料的研发为提升太阳能电池的效率提供了新思路。黑磷,作为一种具有二维层状结构的直接带隙半导体材料,展现出优异的光电性能,被广泛视为新的“超级材料”,在半导体工业、光电器件、光学探测、传感器、光热治疗等多个领域展现出巨大的潜在应用价值。近期研究发现,大小仅为几个纳米的黑磷量子点还具有很高的近红外消光系数,可实现近红外光的高效吸收。

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近期,中国科学院深圳先进技术研究院喻学锋研究员与中南大学杨英副教授以及肖思副教授等合作,创新性地将黑磷量子点应用于构筑染料敏化太阳能电池的光阴极。团队利用黑磷量子点的近红外强吸收和高光电转换能力,将黑磷量子点沉积于多孔导电聚苯胺薄膜表面,制备出可红外光响应的光阴极,与光阳极形成互补的光吸收,将器件的光吸收范围扩展至可见-红外波段,从而组装成可双面进光的准固态染料敏化太阳能电池。电池性能测试结果表明,沉积黑磷量子点后光阴极实现了对低能红外光子的充分利用,并有效增加了器件的光生载流子浓度,从而将太阳能电池的光电转换效率提高了20%。该研究成果表明黑磷在太阳能电池、光伏器件等领域的巨大应用潜力。

相关论文目前在线发表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201602382),并被选为当期封面故事。