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大連物化所發(fā)現(xiàn)光電-熱電耦合效應(yīng)可提升太陽(yáng)電池效率
2025年06月19日 13:45:14
來(lái)源：化工儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：4784
大連化學(xué)物理研究所太陽(yáng)能研究部(DNL16)李燦院士團(tuán)隊(duì)提出了光電-熱電雙效應(yīng)耦合的思路，并發(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。
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)，大連化學(xué)物理研究所太陽(yáng)能研究部(DNL16)李燦院士團(tuán)隊(duì)提出了光電-熱電雙效應(yīng)耦合的思路，并發(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。
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。
李燦院士團(tuán)隊(duì)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。相關(guān)論文以“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。
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