钙钛矿太阳能电池中的光子回收

德累斯顿研究小组展示了光子回收和光散射效应如何将光转换效率提高约五倍

在2009年第一次证实了太阳能转换效率达到3.8%，从此以后金属卤化物钙钛矿的效率快速提高。目前，最先进的钙钛矿太阳能电池可以达到超过 25% 的高效率，接近硅光伏的创纪录效率。

这种在过去十年的快速增长引发了讨论研究，就是钙钛矿太阳能电池是否可以达到光伏效率的（热力学）上限，已知在单结半导体中光伏效率的上限是 34%。要想达到这个目标，从理论上可以知道，太阳能电池不仅必须是良好的光吸收体，而且也需要是良好的光发射器。

德累斯顿工业大学（TU Dresden）的德累斯顿应用物理和光子材料综合中心 (IAPP) 的研究人员已经注意到光子回收效应的作用。当光子在钙钛矿等再吸收半导体中辐射时，它可以被发射器本身重新吸收并通过光致发光产生新的光子。这种重新吸收和重新发射光子的过程被称为光子回收。

虽然有一些研究团队以前也证实过这种现象，但它对钙钛矿太阳能电池效率的实际贡献却一直备受争议。

基于 SNU 和 KU团队所制备的器件，IAPP 研究人员发现光子回收和光散射效应可以将发光效率提高约5 倍，并显著提高了钙钛矿太阳能电池的光电压。

他们的研究揭示了钙钛矿太阳能电池中光子回收的实际益处。 “钙钛矿已经是很好的吸收剂。现在是提高它们的发光能力，并进一步提高它们已经很高的功率转换效率的时候”， Changsoon Cho 说，他在 IAPP 担任洪堡研究员时领导了这项工作，“了解光子回收是朝着这个方向迈出的关键一步。”

该研究预测，光子回收的贡献，以及对各种光电损耗的抑制，将有助于在将来进一步提高性能。使用光子回收，钙钛矿太阳能电池的效率的上限从 29.2% 上升到 31.3%。

“有了对光子回收作用的基本认识，我们就有了进一步提高钙钛矿太阳能电池效率的可能性，从而为这项技术提供了更为光明的前景，可以与成熟的硅基光伏电池竞争”， Yana Vaynzof教授补充道，他是德累斯顿应用物理研究所和先进电子中心（cfaed）新兴电子技术的主席。事实上，钙钛矿太阳能电池潜力的提高会促使该技术进一步商业化。 “我们的研究显示了该技术的潜力，但是在大规模应用之前，还需要进行深入研究”，IAPP 负责人、欧洲发明家奖获得者 Karl Leo 教授说。

参考资料

'Effects of Photon Recycling and Scattering in High-Performance Perovskite Solar Cells' by Changsoon Cho et al; Science Advances 2021, Vol 7, Issue 52

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