近日，大連化物所太陽(yáng)能研究部（DNL16）李燦院士團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了光伏效應(yīng)與熱電效應(yīng)的耦合機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)波紅外光熱能的利用，提升太陽(yáng)電池的能量轉(zhuǎn)換效率至27%以上，為發(fā)展高效太陽(yáng)電池提供了新思路。
李燦團(tuán)隊(duì)在長(zhǎng)期開(kāi)展光（電）催化和人工光合成研究的同時(shí)，也持續(xù)致力于高效太陽(yáng)電池新材料和新機(jī)制的探索。傳統(tǒng)太陽(yáng)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(zhǎng)波區(qū)光子不能被光電轉(zhuǎn)化利用。因此，高效利用太陽(yáng)全光譜能量的主要挑戰(zhàn)之一就是如何利用長(zhǎng)波區(qū)的能量。針對(duì)該挑戰(zhàn)，團(tuán)隊(duì)提出了光電-熱電雙效應(yīng)耦合的思路。
在本工作中，團(tuán)隊(duì)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(zhǎng)波區(qū)紅外光熱能轉(zhuǎn)化為電能；同時(shí)，短波區(qū)光子通過(guò)光伏效應(yīng)將其轉(zhuǎn)換為電能，以期實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)全光譜能量的利用。團(tuán)隊(duì)通過(guò)調(diào)控太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)及載流子傳輸特性，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了光生載流子（光電效應(yīng)）與熱擴(kuò)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(yáng)電池在耦合熱電效應(yīng)后，能量轉(zhuǎn)換效率從基準(zhǔn)值25.65%提升至27.17%（ΔT=10℃）。這一結(jié)果初步驗(yàn)證了光電-熱電雙效應(yīng)耦合策略在提升太陽(yáng)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(guó)家自然科學(xué)基金委“人工光合成”基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目，大連化物所創(chuàng)新基金等項(xiàng)目的支持。
