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利用压电光电子学效应显著增强基于无机核壳纳米阵列结构的柔性太阳能电池的性能

随着日益严重的能源短缺和环境污染,人类急切需要发展可再生绿色能源。将太阳能转化为电能的光伏器件是解决这些问题的很有前景的技术之一。相对于传统的体材料基的太阳能电池结构,半导体纳米线阵列太阳电池结构具有许多优良的性质,比如较大的面容比、较好的陷光性能、较简单的工艺以及较低的生产成本,使其具有很好的应用前景。虽然纳米线会产生较大的表面和界面复合,但这可以通过表面钝化和外延生长核壳结构的技术来解决。柔性光伏器件由于其良好的伸缩性和较轻的质量等优点,使其得到广泛关注。近来,王中林教授开创的压电电子学和压电光电子学受到了学术界的广泛关注。压电电子学和压电光电子学效应是王中林教授于2007和2010年首次在国际上提出的两个全新的研究领域,广泛应用于微机械传感、器件驱动和能源领域。对于氧化锌、氮化镓、硫化镉等压电半导体材料,压电电子学效应是指利用压电电场来调制或控制界面或结区的载流子输运过程的一个物理效应;压电光电子学效应是指利用压电电场来调制载流子在光电过程中的分离、输运和复合的一个物理效应。目前,压电光电子学效应调控的太阳能电池大多是基于单根纳米线的器件,这类器件对太阳能转化的总量很小,因此很难实现真正的应用,需要制备大面积的阵列结构。还有一类光伏器件是基于压电纳米线阵列和p型聚合物光吸收层,但是聚合物的稳定性是一个需要解决的问题。

利用压电光电子学效应显著增强基于无机核壳纳米阵列结构的柔性太阳能电池的性能

近日,在美国佐治亚理工学院和中科院北京纳米能源与系统研究所的王中林院士的指导下,博士生朱来攀、王龙飞等研究人员制备了一种基于n-ZnO/p-SnS核壳纳米线阵列的柔性太阳能电池结构。SnS是一种无机半导体材料,具有直接禁带宽度约1.3eV,自然条件下由于Sn空位表现出很好的p型导电特性,是非常好的太阳光吸收材料。利用ZnO纳米线产生的压电势来驱动光生电子空穴对的分离和输运。研究表明压电光电子学效应可以有效的提高该太阳能电池的效率,在320KPa适中的压强下效率可以提高约37.3%。研究还表明通过适当的弯曲器件,也可以有效的提高该太阳能电池效率,展现出这一器件在卷曲结构上的应用潜力。这一研究表明,压电光电子学效应是一种有效的增强太阳能电池效率的调控手段,在大尺寸、柔性、轻便纳米线阵列结构上具有很好的应用。

该文章发表在Advanced Scienceadvs.201600185)上。

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