无序工程无机纳米晶体为超薄太阳能电池创造了新的效率记录
迄今为止，硅基太阳能电池展示在屋顶和太阳能农场中，是利用太阳能发电最有效的系统之一，但它们的制造成本可能很高，而且笨重。低成本薄膜太阳能电池的替代解决方案对环境不利，即主要由铅或镉等有毒元素组成，或含有铟或碲等稀有元素。
在寻找薄光伏系统新技术的过程中，基于AgBiS 2纳米晶体的太阳能电池由无毒、丰富地球元素组成，在低温和低环境条件下生产。它可以集成到超薄太阳能电池中，并且已被证明非常稳定，可避免电池长时间退化。
早在 2016 年，ICREA 教授在 ICFO Gerasimos Konstantatos 进行的研究制造了一种基于 AgBiS2 纳米晶体的 35nm 厚的半导体吸收体太阳能电池，该太阳能电池是在非常低的温度 (100ºC) 下合成的（比硅所需的温度低一个数量级）并通过逐层沉积工艺在纳米尺度上进行设计，以实现约 6% 的效率。尽管是硅的有希望的绿色替代品，但这些电池仍然无法实现商业化性能。
因此，许多研究深入研究了提高其性能的方法，发现这些半导体吸收体的最佳厚度与吸收系数密切相关，因此目标是找到一种能够具有高吸收效率的超薄太阳能电池，同时降低成本、重量。但是，虽然以超薄电池为目标，但处理光捕获结构的问题会增加成本和复杂性，因为结构越薄，吸收能量就越复杂。
为了克服这一挑战，ICFO 研究人员Yongjie Wan g、Ignasi Burgues-Ceballos与伦敦大学学院的David Scanlon教授 、伦敦帝国理工学院的Aron Walsh教授和 ICFO 的 ICREA 教授领导的 Seaán Kavanagh （伦敦大学学院和帝国理工学院）Gerasimos Konstantatos合作取得了相当大的飞跃，取得了突破性的成果。
研究成果发表在 Nature Photonics 上，报告了一种全新的方法制造这些基于 AgBiS 2的超薄太阳能电池，该方法使吸收系数高于迄今为止使用的任何其他光伏材料。
在他们的研究中，研究人员巧妙地用一种称为阳离子无序工程的非常规方法设计了电池中的纳米晶体层。为此，他们采用了 AgBiS 2纳米晶体，并通过使用温和的退火工艺，能够调整晶格内阳离子的原子位置，以实际强制进行阳离子位点交换并实现均匀的阳离子分布。通过应用不同的退火温度并在晶体排列中实现不同的阳离子分布，他们能够证明这种半导体材料的吸收系数高出 5-10 倍比目前在光伏技术中使用的任何其他材料，更重要的是，在从紫外（400nm）到红外（1000nm）的光谱范围内。为了做到这一点，这种新材料需要一种新的表面化学，以便在退火时保持纳米晶体的光电质量。因此，作者使用巯基丙酸作为钝化配体，在退火时保持材料质量。获 取 更多前沿科技 研究 进展 访问：https://byteclicks.com
原子无序在新兴无机太阳能电池中的重要性是目前该领域讨论的热门话题。研究人员对 AgBiS 2中阳离子无序的热力学和光学/电子效应的理论研究揭示了阳离子重新分布的可及性以及这对光电特性的强烈影响。研究计算表明，均匀的阳离子分布将在这些无序材料中产生最佳的太阳能电池性能。
研究人员通过将AgBiS 2纳米晶体逐层沉积到最常用的透明导电氧化物基板 ITO/Glass 上，构建了一个超薄溶液处理的太阳能电池。他们用 PTAA（聚三芳基胺）溶液涂覆器件，并在人造阳光下照射器件时，记录到总厚度不超过100 nm的器件的功率转换效率超过9% ， 比目前的薄膜光伏技术薄10-50倍，比硅光伏薄1000倍。
