目前大多數(shù)光伏器件（即太陽能電池）都是針對可見光進(jìn)行吸收，占據(jù)太陽光中52%的近紅外光并沒有得到高效利用。正因?yàn)槿绱耍鰪?qiáng)在近紅外區(qū)域的太陽光吸收和利用，成為一個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題，對器件類型的設(shè)計(jì)及機(jī)制研究提出了具體要求。

針對該關(guān)鍵問題，日前我國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授熊宇杰課題組基于地球上含量最高且應(yīng)用最為廣泛的半導(dǎo)體硅材料，采用金屬納米結(jié)構(gòu)的等離激元熱電子注入機(jī)制，設(shè)計(jì)了一種可在近紅外區(qū)域進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換且具有力學(xué)柔性的光伏器件。該研究成果發(fā)表在三月一日的《德國應(yīng)用化學(xué)》上，并被選為該期刊的非常重要論文。論文共同第一作者是課題組的博士生劉東和楊東。

研究人員基于課題組先前研究的半導(dǎo)體-金屬界面上的熱載流子注入效應(yīng)，將具有近紅外等離激元吸收帶的銀納米片結(jié)構(gòu)引入無機(jī)-有機(jī)異質(zhì)結(jié)和肖特基型兩種光伏器件中，分別取得了近紅外光區(qū)光電轉(zhuǎn)換性能提高。在近紅外光照下，等離激元效應(yīng)出現(xiàn)的熱電子可以直接注入到硅半導(dǎo)體導(dǎo)帶中，將該波段中的光電轉(zhuǎn)換量子效率提高了59%。

另一方面，傳統(tǒng)的無機(jī)光電器件必須加工成堅(jiān)硬的板塊狀物件，限制了其許多日常用途。相比之下，柔性器件重量輕，并且可以折疊、卷曲、粘貼在曲面上。因此大家在致力于提高光電器件的光電轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)，也在不斷努力提高其力學(xué)柔性，以使其能夠早日便利地應(yīng)用到日常生活和高端用途中。針對力學(xué)柔性問題，熊宇杰課題組對商用硅片進(jìn)行薄化和納米線刻蝕處理，進(jìn)而結(jié)合銀納米片的等離激元熱電子注入效應(yīng)，制造出了具有力學(xué)柔性的近紅外太陽能電池。

該工作實(shí)現(xiàn)了“自下而上”和“自上而下”兩種納米技術(shù)的有效結(jié)合，為實(shí)現(xiàn)廣譜光吸收的復(fù)合結(jié)構(gòu)界面設(shè)計(jì)供應(yīng)了精準(zhǔn)制造基礎(chǔ)，并發(fā)展了一種簡便有效的近紅外柔性太陽能電池的制造方法。該研究同時(shí)提出了新的界面工程思路，推動了熱電子注入機(jī)制的應(yīng)用，將拓展人們對能源轉(zhuǎn)化中電子運(yùn)動“微觀引擎”的控制能力。

研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、國家青年、中科院、合肥大科學(xué)中心精進(jìn)用戶基金、高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金等項(xiàng)目的支持。

基于等離激元熱電子注入效應(yīng)的近紅外柔性太陽能電池