在中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所，一項(xiàng)關(guān)于太陽電池能量轉(zhuǎn)換效率的創(chuàng)新研究正在引領(lǐng)行業(yè)的新突破。傳統(tǒng)的太陽電池受限于Shockley-Queisser理論極限，難以充分利用長(zhǎng)波區(qū)的光子能量，這成為太陽能領(lǐng)域亟待解決的難題。

面對(duì)這一挑戰(zhàn)，中國(guó)科學(xué)院院士、大連化學(xué)物理研究所研究員李燦及其團(tuán)隊(duì)提出了一種創(chuàng)新思路：光電-熱電雙效應(yīng)耦合。他們的研究成果近日在《能源與環(huán)境科學(xué)》期刊上發(fā)表，題為“太陽能電池中光伏效應(yīng)與熱電效應(yīng)的協(xié)同作用”。

在這項(xiàng)研究中，團(tuán)隊(duì)利用鈣鈦礦材料的獨(dú)特性質(zhì)，即熱電性質(zhì)和低熱導(dǎo)率，構(gòu)建了一種新型太陽電池。通過在電池內(nèi)部形成垂直溫度梯度，激發(fā)了熱電效應(yīng)，成功地將長(zhǎng)波區(qū)紅外光熱能轉(zhuǎn)化為電能。與此同時(shí)，短波區(qū)的光子則通過傳統(tǒng)的光伏效應(yīng)轉(zhuǎn)換為電能，實(shí)現(xiàn)了太陽全光譜能量的高效利用。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證這一策略的可行性，研究人員對(duì)太陽電池的結(jié)構(gòu)與載流子傳輸特性進(jìn)行了精細(xì)調(diào)控。他們發(fā)現(xiàn)，光生載流子（由光電效應(yīng)產(chǎn)生）與熱擴(kuò)散載流子（由熱電效應(yīng)產(chǎn)生）之間存在著顯著的耦合效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，基于FAPbI?的太陽電池在耦合熱電效應(yīng)后，能量轉(zhuǎn)換效率從基準(zhǔn)值25.65%顯著提升至27.17%（在ΔT=10℃的條件下）。

這一研究成果不僅揭示了光伏效應(yīng)與熱電效應(yīng)之間的耦合機(jī)制，還為長(zhǎng)波紅外光熱能的利用提供了新的途徑。通過光電-熱電雙效應(yīng)耦合策略，太陽電池的能量轉(zhuǎn)換效率得以突破性地提升至27%以上，為高效太陽電池的發(fā)展開辟了全新的方向。