近日，中國科學院上海光機所強場激光物理國家重點實驗室與華中科技大學合作，從器件設計和太赫茲光譜研究等方向出發，發現了低毒、低成本硒化銻（Sb2Se3）薄膜太陽能電池中快達幾個皮秒的熱電子提取過程，并成功抑制其缺陷復合過程。相關結果發表于《美國化學會能源快報》。
不斷提高太陽能電池的光電轉換效率一直是光電器件研究者在新能源領域不懈的追求。同時，低成本、高效率的太陽能電池前沿研究也將為實現我國2030年“碳達峰”目標和2060年“碳中和”目標提供重要的理論與實驗研究基礎。美國能源部太陽能技術辦公室（SETO）近期也宣布將會大力支持鈣鈦礦和碲化鎘（CdTe）薄膜材料的發展與應用。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勢，然而其中缺陷復合過程卻嚴重制約了硒化銻薄膜太陽能電池的發展，目前光能轉換效率記錄僅為10%。
為此，研究人員通過能帶工程學設計和太赫茲時間分辨光譜技術探測，率先提出了能夠成功避開缺陷復合的熱電子快速提取方案。在這項研究中，研究人員發現了兩種截然不同的光生載流子復合方式。CdS/Sb2Se3 PN結中存在20ps的載流子缺陷復合過程，而這一過程被SnO2/Sb2Se3中只有幾個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，該基礎研究成果將為進一步提高此類太陽能電池效率的器件設計提供重要的研究依據。
相關論文信息：https://doi.org/10.1021/acsenergylett.0c02660
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