近日，我所太陽能研究部（DNL16）李燦院士團隊發現了光伏效應與熱電效應的耦合機制，實現了長波紅外光熱能的利用，提升太陽電池的能量轉換效率至27%以上，為發展高效太陽電池提供了新思路。
李燦團隊在長期開展光（電）催化和人工光合成研究的同時，也持續致力于高效太陽電池新材料和新機制的探索。傳統太陽電池的能量轉換效率受限于Shockley-Queisser理論極限，其主要原因是長波區光子不能被光電轉化利用。因此，高效利用太陽全光譜能量的主要挑戰之一就是如何利用長波區的能量。針對該挑戰，團隊提出了光電-熱電雙效應耦合的思路。
在本工作中，團隊基于鈣鈦礦材料的熱電性質和低熱導率特性，在電池內部構建垂直溫度梯度（ΔT），從而激發熱電效應，將長波區紅外光熱能轉化為電能；同時，短波區光子通過光伏效應將其轉換為電能，以期實現太陽全光譜能量的利用。團隊通過調控太陽電池結構及載流子傳輸特性，實驗驗證了光生載流子（光電效應）與熱擴散載流子（熱電效應）的耦合效應。結果表明，基于FAPbI?的太陽電池在耦合熱電效應后，能量轉換效率從基準值25.65%提升至27.17%（ΔT=10℃）。這一結果初步驗證了光電-熱電雙效應耦合策略在提升太陽電池性能方面的可行性。
上述工作以“Synergistic Cooperation between Photovoltaic and Thermoelectric Effects in Solar Cells”為題，發表在《能源與環境科學》（Energy & Environmental Science）上。該工作的第一作者是我所DNL1607組副研究員傅平。該工作得到國家自然科學基金委“人工光合成”基礎科學中心項目，我所創新基金等項目的支持。（文/圖 傅平）
