近日，中国科学院上海光机所强场激光物理国家重点实验室与华中科技大学合作，从器件设计和太赫兹光谱研究等方向出发，发现了低毒、低成本硒化锑（Sb2Se3）薄膜太阳能电池中快达几个皮秒的热电子提取过程，并成功抑制其缺陷复合过程。相关结果发表于《美国化学会能源快报》。
不断提高太阳能电池的光电转换效率一直是光电器件研究者在新能源领域不懈的追求。同时，低成本、高效率的太阳能电池前沿研究也将为实现我国2030年“碳达峰”目标和2060年“碳中和”目标提供重要的理论与实验研究基础。美国能源部太阳能技术办公室（SETO）近期也宣布将会大力支持钙钛矿和碲化镉（CdTe）薄膜材料的发展与应用。目前，CdTe电池是市场上最成功的薄膜太阳能电池，但Cd剧毒而Te非常稀缺。相对于CdTe，硒化锑（Sb2Se3）太阳能电池具有低毒性和低成本的显著优势，然而其中缺陷复合过程却严重制约了硒化锑薄膜太阳能电池的发展，目前光能转换效率记录仅为10%。
为此，研究人员通过能带工程学设计和太赫兹时间分辨光谱技术探测，率先提出了能够成功避开缺陷复合的热电子快速提取方案。在这项研究中，研究人员发现了两种截然不同的光生载流子复合方式。CdS/Sb2Se3 PN结中存在20ps的载流子缺陷复合过程，而这一过程被SnO2/Sb2Se3中只有几个皮秒的超快热电子提取过程所成功避开，最终可将有效提取率提升到~90%。此外，热电子提取过程还能有效的降低电声相互作用引起的热损耗。
研究人员表示，该基础研究成果将为进一步提高此类太阳能电池效率的器件设计提供重要的研究依据。
相关论文信息：https://doi.org/10.1021/acsenergylett.0c02660
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