新材料提高太阳能电池效率

材料牛注：几十年来太阳能技术一直依赖于DSSC的太阳能电池，最近科学家们终于在技术上有了新的突破，一起来看看吧！

几十年来，太阳能技术和应用都依赖于染料敏化太阳能电池（DSSC）。染料敏化太阳能电池使用的光敏染料通过模仿自然光合作用中的光吸收过程，吸收光子并利用光子的能量激发电子，使其转移到二氧化钛纳米层中。这个过程进行很顺畅，但是由于其中用到了钛，而钛加工所需要的高温环境致使 成本并不低廉，这也使得太阳能电池板的大规模生产和太阳能利用率的提升受阻。

对于现状的不满足使得欧盟的NANOMATCELL项目组决定寻找一个更好的办法，而这一做法将会极大地鼓舞太阳能行业。

钛，再见！
为了在溶液处理的高效太阳能电池中用创新型材料和技术替代钛，NANOMATCELL的研究人员瞄准了钛的使用。该项目组汇聚了材料科学、化学、表面钝化和物理等领域的专家，为了更好地利用太阳能光谱，项目组将研发适用于高效太阳能电池的新材料和基于环保化合物及环保处理方法的新全色半导体。

实现上述目标将是不小的壮举，因为这需要发展很多新的工艺方法以及新的组分。例如，团队首先要研发半导体纳米晶和纳米线合成、生长、掺杂的新方法。由于染料在染料敏化太阳能电池的功能实现过程中起着重要作用，研究人员还必须研发能大面积充分利用光谱的染料，这意味着还需要研发针对短波的新型染料和能在近红外范围强吸收的新型染料。

增加市场份额
上述仅仅是染料敏化太阳能电池本身，光吸收之后应该怎样做也是具有挑战的。研究人员在提高太阳能电池整体效率方面也取得了显着的成果。事实上，NANOMATCELL项目组生产了一系列基于全色和无机混合材料的太阳能电池，它们都实现了优化，表现出了更为优越的性能和发展潜力。

由于NANOMATCELL开发的新处理方法，个别太阳能电池效率甚至开创性地提升了超过15%。换句话说，该项目组将染料敏化太阳能电池的效率提升到了新的层次，这使太阳能电池占据广泛的市场份额成为可能。

后续影响
尽管该项目本身已经结束，但其造成的影响仍在继续。根据Nature Communications最近发表的研究成果可知，一种结合了石墨烯与量子点的新型混合光电探测器正处于研发阶段。这两种材料技术的结合会使低成本的设备能够快速高效地检测可见光、近红外和短波红外SWIR（波长可至3µM）。

研究人员表示这种新方法与大容量硅的CMOS工艺兼容，与新兴的柔性电子平台也兼容。目前，在超过1µm的短波红外SWIR区内进行高效光检测时，都倾向于比较昂贵的设备，这种发展代表了一种中断传统太阳能电池技术的方法，同时它也伴随着很多通过节约成本所得到的效益。

参考原文链接：New materials and processes to make the manufacturing and use of solar cells more efficient

本文由编辑部尉谷雨提供素材，赵玲编译，点我加入材料人编辑部。