據(jù)外媒報道，美國利哈伊大學(Lehigh University)的研究人員在日前發(fā)表的一份研究報告宣稱，他們開發(fā)了一種新的薄膜光伏電池吸收材料，據(jù)稱這種材料的平均光伏吸收率為80%，其外量子效率(EQE)為190%。

外量子效率(EQE)是光伏電池收集的電子數(shù)量與入射的光子數(shù)量的比率。它定義了光伏電池將光子轉化為電流的能力。研究報告的主要作者之一Chinedu Ekuma在一份聲明中說：“在傳統(tǒng)的光伏電池中，最高的外量子效率(EQE為100%，這代表從陽光中吸收的每個光子產生和收集一個電子。”

在發(fā)表在《科學進展》雜志上的主題為《用于光伏應用的原子級厚度CuxGeSe/SnS量子材料的化學調諧中間帶態(tài)》論文中，研究人員解釋說，這種新的量子材料可能是中間帶光伏電池(IBSC)的理想匹配。

這種光伏電池有可能超過肖克利-奎伊瑟極限(S-Q limit)——具有單個p-n結的光伏電池可以達到的最大理論效率。它是通過檢查每個入射光子提取的電能量來計算的。

研究人員解釋說:“這種材料的效率快速提高在很大程度上歸功于它獨特的‘中間帶態(tài)’， 即位于材料電子結構內的特定能級，使它們成為光伏轉換的理想選擇。這些狀態(tài)的能級在最佳子帶間隙內——即材料可以有效吸收陽光并產生電荷載流子的能量范圍。”

這種新材料是一種二維范德華(vdW)材料，這意味著它具有由離子鍵結合在一起的晶體平面結構。它由鍺(Ge)、硒(Se)和硫化錫(Sns)的異質結構組成，并將零價銅(Cu)原子插入在材料層中。

CuxGeSe/SnS量子材料具有介于0.78eV和1.26eV之間的中間能帶隙。利用這一點，研究人員設計并建模仿真了一種采用該材料作為有源層的薄膜光伏電池。

在這一建模中，光伏電池采用氧化銦錫(ITO)襯底、基于氧化鋅(ZnO)的電子傳輸層(ETL)、 CuxGeSe/SnS吸收層以及金(Au)觸點。研究小人員指出，“在我們的設計中，原子級厚度的GeSe和SnS是垂直堆疊的，有助于通過范德華相互作用輕松集成混合結構。”

建模結果表明，這種光伏電池的外量子效率(EQE)為110% ~ 190%。研究人員還發(fā)現(xiàn)，通過測量吸收體的厚度，光伏電池的光學活性在600納米～1200納米的波長范圍內增加。

研究人員在論文中總結說：“這種材料的快速響應和效率的提高，有力表明了插銅GeSe/SnS作為量子材料在先進光伏應用的潛力，為提高光伏轉換的效率提供了一條新的途徑。”

研究人員在展望未來時表示，他們需要進行新的研究以確定一種實用的方法，將這種新材料嵌入到光伏電池中。然而他們也指出，用于制造這些材料的實驗性技術已經非常先進。