上海光机所等快速提取硒化锑太阳能电池热电子
近日，中科院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室与华中科技大学合作，从器件设计和太赫兹光谱研究等方向出发，发现了低毒、低成本硒化锑（Sb2Se3）薄膜太阳能电池中快达几个皮秒的热电子提取过程，并成功抑制其缺陷复合过程。相关研究成果发表于《美国化学会能源快报》。
太阳能电池的基本工作原理是半导体吸收光子后转换成光生载流子，并将其传输到电极上，从而产生光电压和光电流。因此，到达电极前光生载流子的有效提取和输运过程对太阳能电池转换效率的影响至关重要。Sb2Se3太阳能电池具有低毒性和低成本的显著优势，然而其中缺陷复合过程却严重制约了Sb2Se3薄膜太阳能电池的发展，目前光能转换效率纪录仅为10%。
为此，研究人员通过能带工程学设计和太赫兹时间分辨光谱技术探测，率先提出了能够成功避开缺陷复合的热电子快速提取方案。在这项研究中，研究人员发现了Sb2Se3太阳能电池中两种截然不同的光生载流子提取和复合方式。虽然，目前大部分高效率的Sb2Se3太阳能电池都是基于CdS/Sb2Se3 PN结为核心构建的，在该项研究中科研人员发现CdS/Sb2Se3 PN结与本征的Sb2Se3半导体内存在着类似的20皮秒左右的载流子与缺陷复合过程，这个过程与光生载流子传输过程的竞争关系，会大大降低太阳能电池器件的光电转换效率。而在SnO2/Sb2Se3 PN结中，只有几个皮秒的超快热电子提取过程可以成功避开缺陷复合过程，从而提升光生载流子的有效提取和传输效率，最终可将有效提取率提升到~90%。此外，热电子提取过程还能有效降低电声相互作用引起的热损耗。
研究人员表示，该基础研究成果将为进一步改进此类太阳能电池效率的器件设计提供重要研究依据。