硒化銻太陽能電池：天下武功，唯快不破

　　近日，中國科學(xué)院上海光機(jī)所強(qiáng)場激光物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與華中科技大學(xué)合作，從器件設(shè)計(jì)和太赫茲光譜研究等方向出發(fā)，發(fā)現(xiàn)了低毒、低成本硒化銻（Sb₂Se₃）薄膜太陽能電池中快達(dá)幾個(gè)皮秒的熱電子提取過程，并成功抑制其缺陷復(fù)合過程。相關(guān)結(jié)果發(fā)表于《美國化學(xué)會能源快報(bào)》。

　　不斷提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率一直是光電器件研究者在新能源領(lǐng)域不懈的追求。同時(shí)，低成本、高效率的太陽能電池前沿研究也將為實(shí)現(xiàn)我國2030年“碳達(dá)峰”目標(biāo)和2060年“碳中和”目標(biāo)提供重要的理論與實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)。美國能源部太陽能技術(shù)辦公室（SETO）近期也宣布將會大力支持鈣鈦礦和碲化鎘（CdTe）薄膜材料的發(fā)展與應(yīng)用。目前，CdTe電池是市場上最成功的薄膜太陽能電池，但Cd劇毒而Te非常稀缺。相對于CdTe，硒化銻（Sb₂Se₃）太陽能電池具有低毒性和低成本的顯著優(yōu)勢，然而其中缺陷復(fù)合過程卻嚴(yán)重制約了硒化銻薄膜太陽能電池的發(fā)展，目前光能轉(zhuǎn)換效率記錄僅為10%。

　　為此，研究人員通過能帶工程學(xué)設(shè)計(jì)和太赫茲時(shí)間分辨光譜技術(shù)探測，率先提出了能夠成功避開缺陷復(fù)合的熱電子快速提取方案。在這項(xiàng)研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)了兩種截然不同的光生載流子復(fù)合方式。CdS/Sb₂Se₃ PN結(jié)中存在20ps的載流子缺陷復(fù)合過程，而這一過程被SnO₂/Sb₂Se₃中只有幾個(gè)皮秒的超快熱電子提取過程所成功避開，最終可將有效提取率提升到~90%。此外，熱電子提取過程還能有效的降低電聲相互作用引起的熱損耗。

　　研究人員表示，該基礎(chǔ)研究成果將為進(jìn)一步提高此類太陽能電池效率的器件設(shè)計(jì)提供重要的研究依據(jù)。

　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1021/acsenergylett.0c02660