研究人員利用分子組合來解決各種問題，從而提高了電池效率。美國西北大學(xué)的研究人員通過一項(xiàng)新開發(fā)再次提升了過氧化物太陽能電池的標(biāo)準(zhǔn)，幫助這項(xiàng)新興技術(shù)創(chuàng)下了新的效率紀(jì)錄。最近發(fā)表在《科學(xué)》（Science）雜志上的這一研究成果描述了一種雙分子解決方案，以克服陽光轉(zhuǎn)化為能量過程中的效率損失。

美國西北大學(xué)（Northwestern University）在包晶石太陽能電池方面的最新研究創(chuàng)造了 25.1% 的新效率紀(jì)錄，該研究采用了一種新型雙分子方法來減少電子重組。這一研究成果標(biāo)志著我們朝著使包晶石太陽能電池成為傳統(tǒng)硅基電池更高效、更穩(wěn)定的替代品邁出了重要一步。

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通過首先加入一種分子來解決所謂的表面重組（電子被缺陷（表面上缺失的原子）困住時會丟失），然后再加入另一種分子來破壞層間界面的重組，該團(tuán)隊(duì)的效率達(dá)到了美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）認(rèn)證的 25.1%，而之前的方法效率僅為 24.09%。

西北大學(xué)教授泰德-薩金特（Ted Sargent）說："包晶太陽能技術(shù)發(fā)展迅速，研發(fā)重點(diǎn)正從塊狀吸收體轉(zhuǎn)向界面。這是進(jìn)一步提高效率和穩(wěn)定性的關(guān)鍵點(diǎn)，使我們更接近這條通往更高效太陽能收集的充滿希望的道路"。

薩金特是 Paula M. Trienens 可持續(xù)發(fā)展與能源研究所（前身為 ISEN）的聯(lián)合執(zhí)行主任，也是材料化學(xué)和能源系統(tǒng)方面的多學(xué)科研究人員，在溫伯格藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院化學(xué)系和麥考密克工程學(xué)院電氣與計算機(jī)工程系任職。

傳統(tǒng)的太陽能電池由高純度硅晶片制成，生產(chǎn)過程耗能巨大，而且只能吸收固定范圍的太陽光譜。包晶石材料的尺寸和成分可以調(diào)整，以"調(diào)節(jié)"其吸收的光波長，這使其成為一種有利的、潛在的低成本、高效率的新興串聯(lián)技術(shù)。

一直以來，由于其相對不穩(wěn)定性，包晶體太陽能電池在提高效率方面一直面臨挑戰(zhàn)。在過去的幾年里，薩金特實(shí)驗(yàn)室和其他實(shí)驗(yàn)室取得的進(jìn)展已經(jīng)使包晶石太陽能電池的效率達(dá)到了與硅相同的范圍。

電子保留方面的進(jìn)展

在目前的研究中，研究小組不是試圖幫助電池吸收更多的陽光，而是把重點(diǎn)放在維持和保留產(chǎn)生的電子以提高效率的問題上。當(dāng)包晶石層與電池的電子傳輸層接觸時，電子會從一個層移動到另一個層。但電子又會向外移動，并與存在于包晶石層上的空穴進(jìn)行填充或"重組"。

第一作者、薩金特實(shí)驗(yàn)室博士后劉成說："界面上的重組非常復(fù)雜，薩金特實(shí)驗(yàn)室由查爾斯-莫里森（Charles E. and Emma H. Morrison）化學(xué)教授梅爾庫里-卡納齊迪斯（Mercouri Kanatzidis）共同指導(dǎo)。使用一種分子來解決復(fù)雜的重組和保留電子是非常困難的，因此我們考慮了可以使用什么樣的分子組合來更全面地解決這個問題"。

薩金特團(tuán)隊(duì)過去的研究發(fā)現(xiàn)，有證據(jù)表明一種分子 PDAI2 可以很好地解決界面重組問題。接下來，他們需要找到一種能夠修復(fù)表面缺陷并防止電子與之重組的分子。

雙分子方法和未來工作

通過找到讓 PDAI2 與輔助分子協(xié)同工作的機(jī)制，研究小組鎖定了硫，硫可以取代碳基（通常在防止電子移動方面表現(xiàn)不佳），覆蓋缺失的原子并抑制重組。

同一研究小組最近在《自然》（Nature）雜志上發(fā)表的一篇論文，為過氧化物層下的襯底開發(fā)了一種涂層，以幫助電池在更高溫度下長時間工作。劉說，這種解決方案可以與《科學(xué)》論文中的發(fā)現(xiàn)協(xié)同工作。

研究小組希望他們的發(fā)現(xiàn)能鼓勵更多的科學(xué)界人士繼續(xù)推進(jìn)這項(xiàng)工作，同時他們也將開展后續(xù)工作。

"我們必須采用更靈活的策略來解決復(fù)雜的界面問題，"Cheng 說。"我們不能像以前那樣只使用一種分子。我們用兩種分子來解決兩種重組，但我們確信在界面上還有更多種類的缺陷相關(guān)重組。我們需要嘗試使用更多的分子來組合在一起，確保所有分子在不破壞彼此功能的情況下協(xié)同工作。