中科院电工所研制出首例突破11%的新型铁电-半导体耦合光伏器件

日前，中科院电工所化合物薄膜太阳能电池研究组在普通钠钙玻璃上制备的铁电-半导体耦合光伏器件，经中国科学院太阳光伏发电系统和风力发电系统质量检测中心认证，其转化效率达到11.3%。铁电-半导体耦合光伏器件也称为纳米偶极子太阳能电池，属于第三代太阳能电池。与传统PN结不同的是，这种光伏器件是由具有铁电特性的纳米颗粒矩阵的极化电场来产生内建电场；而填充在纳米偶极子颗粒之间的半导体介质则充当吸光材料的角色。在光照条件下，半导体吸光材料吸收可见光产生光生载流子，这些光生载流子在极化场的作用下分离，并向电池的两极运动，对外电路输出功率，从而完成太阳能光伏器件的电流和电压两个必要输出。这种新型器件与传统PN结光伏器件的一个重要区别是，薄膜中的这些纳米颗粒在外电场的极化作用下会形成一个极化场，因而可以在电池制备制备完成后，通过外电场的偏转影响电池的输出电压，进而提高转换效率。该组已经于2013年发现了这种现象特殊的现象，并发表在Prog. Photovolt: Res. Appl.上（“A CdS Nano-dipole Solar Cell”, Progress in Photovoltaics: Research and Applications. DOI: 10.1002/pip.2432）据介绍，由中科院电工所刘向鑫研究员领导的团队，采用CdS纳米颗粒作为压电材料，CdTe作为吸光材料，不仅通过多种微观和宏观技术证明了纳米偶极子太阳能电池的工作机理，而且成功将这种新型光伏器件的转换效率提高到了11.3%。相比较传统的PN结型太阳能电池，纳米偶极子薄膜电池的制备工艺更简单，只需沉积一层薄膜。上述工作获得了中国科学院、国家自然科学基金的支持。