太阳能电池材料可以回收光以提高效率

科学家们发现，一组非常有前途的材料称为混合卤化铅钙钛矿，可以回收光 - 他们相信这一发现可以大大提高太阳能电池的效率。

混合卤化铅钙钛矿是一组特殊的合成材料，已经成为深入科学研究的主题，因为它们似乎有望在太阳能领域进行革命。除了价格便宜且易于生产之外，钙钛矿太阳能电池在几年的时间内几乎与硅一样具有能量效率 - 硅是目前大多数家用太阳能电池板中使用的材料。

通过展示它们也可以进行优化以回收光，新的研究表明这可能只是一个开始。太阳能电池通过吸收来自太阳的光子来产生电荷来工作，但是该过程也是相反的，因为当电荷重新组合时，它们可以产生光子。研究表明，钙钛矿细胞具有再吸收这些再生光子的额外能力 - 这一过程被称为“光子再循环”。这在细胞内部产生了浓度效应，就好像已经使用透镜将大量光线聚焦在一个点上一样。

根据研究人员的说法，这种回收光子的能力可以相对容易地被利用来创造能够推动太阳能电池板能效极限的电池。

该研究建立在既定合作的基础上，重点是这些材料不仅用于太阳能电池，还用于发光二极管，并由Richard Friend，卡文迪什物理学教授和圣约翰学院院士进行。剑桥大学。该研究是与牛津大学的Henry Snaith团队和阿姆斯特丹AMOLF的FOM研究所的Bruno Ehrler合作进行的。

Felix Deschler是这项研究的相应作者之一，他与一个在卡文迪什实验室研究钙钛矿的团队合作，他说：“这是对这种材料质量的大量证明，并为最大化太阳能电池的效率打开了大门。利用这种现象所需的制造方法并不复杂，这应该会使这项技术的效率大大超出我们迄今为止所能达到的水平。“

基于钙钛矿的太阳能电池于2012年首次测试，并且非常成功，2013年，“ 科学 ”杂志将其评为今年的突破之一。

从那时起，研究人员在提高这些细胞将光转化为电能的效率方面取得了迅速进展。最近的实验产生了大约20%的功率转换效率 - 这个数字已经与硅电池相当。

通过显示基于钙钛矿的细胞也可以回收光子，新的研究表明它们可以达到远远超过这个效率。

这项研究在“ 科学”杂志上发表，涉及将激光照射到500纳米厚的碘化钙钙钛矿样品的一部分上。钙钛矿在与它接触时发光，因此团队能够根据发出的光测量样品内的光子活动。

靠近激光照射到胶片上的地方，研究人员发现了近红外光发射。然而，至关重要的是，这种发射还远离激光撞击样品的点，以及由低能光子组成的第二发射。

“低能量成分使得能够长距离传输电荷，但除非光子被回收，否则高能成分不可能存在，”该研究的共同作者Luis MiguelPazosOutón表示。“回收是一种像硅这样的材料根本不具备的品质。这种效应可以在非常小的体积内集中大量的电荷。这些是由入射光子和材料本身内部产生的光子组合而成的，这就是增强它的能源效率。“

作为研究的一部分，PazosOutón还首次展示了基于钙钛矿的背接触太阳能电池。该单电池证明能够从与激光器的接触点传输超过50微米的电流; 远远超过研究人员预测的距离，并且是样品内发生多个光子循环事件的直接结果。

研究人员现在认为钙钛矿太阳能电池可能达到比迄今为止更高的效率。“我们能够显示在我们自己的细胞中发生光子循环的事实，这种细胞尚未经过优化以产生能量，这是非常有希望的，”相应作者理查德弗里德说。“如果我们能够利用这一点，它将在能源效率方面带来巨大收益。”

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