新材料提高太陽能電池效率

材料牛注：幾十年來太陽能技術一直依賴于DSSC的太陽能電池，最近科學家們終于在技術上有了新的突破，一起來看看吧！

幾十年來，太陽能技術和應用都依賴于染料敏化太陽能電池（DSSC）。染料敏化太陽能電池使用的光敏染料通過模仿自然光合作用中的光吸收過程，吸收光子并利用光子的能量激發電子，使其轉移到二氧化鈦納米層中。這個過程進行很順暢，但是由于其中用到了鈦，而鈦加工所需要的高溫環境致使 成本并不低廉，這也使得太陽能電池板的大規模生產和太陽能利用率的提升受阻。

對于現狀的不滿足使得歐盟的NANOMATCELL項目組決定尋找一個更好的辦法，而這一做法將會極大地鼓舞太陽能行業。

鈦，再見！
為了在溶液處理的高效太陽能電池中用創新型材料和技術替代鈦，NANOMATCELL的研究人員瞄準了鈦的使用。該項目組匯聚了材料科學、化學、表面鈍化和物理等領域的專家，為了更好地利用太陽能光譜，項目組將研發適用于高效太陽能電池的新材料和基于環保化合物及環保處理方法的新全色半導體。

實現上述目標將是不小的壯舉，因為這需要發展很多新的工藝方法以及新的組分。例如，團隊首先要研發半導體納米晶和納米線合成、生長、摻雜的新方法。由于染料在染料敏化太陽能電池的功能實現過程中起著重要作用，研究人員還必須研發能大面積充分利用光譜的染料，這意味著還需要研發針對短波的新型染料和能在近紅外范圍強吸收的新型染料。

增加市場份額
上述僅僅是染料敏化太陽能電池本身，光吸收之后應該怎樣做也是具有挑戰的。研究人員在提高太陽能電池整體效率方面也取得了顯著的成果。事實上，NANOMATCELL項目組生產了一系列基于全色和無機混合材料的太陽能電池，它們都實現了優化，表現出了更為優越的性能和發展潛力。

由于NANOMATCELL開發的新處理方法，個別太陽能電池效率甚至開創性地提升了超過15%。換句話說，該項目組將染料敏化太陽能電池的效率提升到了新的層次，這使太陽能電池占據廣泛的市場份額成為可能。

后續影響
盡管該項目本身已經結束，但其造成的影響仍在繼續。根據Nature Communications最近發表的研究成果可知，一種結合了石墨烯與量子點的新型混合光電探測器正處于研發階段。這兩種材料技術的結合會使低成本的設備能夠快速高效地檢測可見光、近紅外和短波紅外SWIR（波長可至3μM）。

研究人員表示這種新方法與大容量硅的CMOS工藝兼容，與新興的柔性電子平臺也兼容。目前，在超過1μm的短波紅外SWIR區內進行高效光檢測時，都傾向于比較昂貴的設備，這種發展代表了一種中斷傳統太陽能電池技術的方法，同時它也伴隨著很多通過節約成本所得到的效益。

參考原文鏈接：New materials and processes to make the manufacturing and use of solar cells more efficient

本文由編輯部尉谷雨提供素材，趙玲編譯，點我加入材料人編輯部。