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。美國西北大學的研究人員透過一項新開發再次提升了過氧化物太陽能電池的標準，幫助這項新興技術創下了新的效率紀錄。最近發表在《科學》（Science）雜誌上的這項研究成果描述了一種雙分子解決方案，以克服陽光轉化為能量過程中的效率損失。

美國西北大學（Northwestern University）在包晶石太陽能電池方面的最新研究創造了25.1% 的新效率紀錄，該研究採用了一種新型雙分子方法來減少電子重組。這項研究成果標誌著我們朝著使包晶石太陽能電池成為傳統矽基電池更有效率、更穩定的替代品邁出了重要一步。資料來源：薩金特實驗室/美國西北大學

透過先加入一種分子來解決所謂的表面重組（電子被缺陷（表面上缺少的原子）困住時會丟失），然後再加入另一種分子來破壞層間界面的重組，該團隊的效率達到了美國國家再生能源實驗室（NREL）認證的25.1%，而先前的方法效率僅24.09%。

西北大學教授泰德-薩金特（Ted Sargent）說：”包晶太陽能技術發展迅速，研發重點正從塊狀吸收體轉向界面。這是進一步提高效率和穩定性的關鍵點，使我們更接近這條通往更有效率太陽能收集的充滿希望的道路”。

薩金特是Paula M. Trienens 永續發展與能源研究所（前身為ISEN）的聯合執行主任，也是材料化學和能源系統方面的多學科研究人員，在溫伯格藝術與科學學院化學系和麥考密克工程學院電機與電腦工程系任職。

傳統的太陽能電池由高純度矽晶片製成，生產過程耗能龐大，而且只能吸收固定範圍的太陽光譜。包晶石材料的尺寸和成分可以調整，以”調節”其吸收的光波長，這使其成為一種有利的、潛在的低成本、高效率的新興串聯技術。

一直以來，由於其相對不穩定性，包晶體太陽能電池在提高效率方面一直面臨挑戰。在過去的幾年裡，薩金特實驗室和其他實驗室的進展已經使包晶石太陽能電池的效率達到了與矽相同的範圍。

電子保留方面的進展

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，而是把重點放在維持和保留產生的電子以提高效率的問題上。當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，並與存在於包晶石層上的電洞進行填充或”重組”。

第一作者、薩金特實驗室博士後劉成說：”界面上的重組非常複雜，薩金特實驗室由查爾斯-莫里森（Charles E. and Emma H. Morrison）化學教授梅爾庫裡-卡納齊迪斯（Mercouri Kanatzidis）共同指導。使用一種分子來解決複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麼樣的分子組合來更全面地解決這個問題”。

薩金特團隊過去的研究發現，有證據顯示一種分子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表面缺陷並防止電子與之重組的分子。

雙分子方法與未來工作

透過找到讓PDAI2 與輔助分子協同工作的機制，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不佳），覆蓋缺失的原子並抑制重組。

同一研究團隊最近在《自然》（Nature）雜誌上發表的一篇論文，為過氧化物層下的基板開發了一種塗層，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》論文中的發現協同工作。

研究小組希望他們的發現能鼓勵更多的科學界人士繼續推動這項工作，同時他們也將進行後續工作。

“我們必須採用更靈活的策略來解決複雜的介面問題，”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同工作。

編譯來源：ScitechDaily