高效石墨烯太阳能电池:TFSA掺杂实现9%光电转换效率
石墨烯:独特二维材料
石墨烯是蜂窝晶格排列的单原子层碳片。其电子以近相对论速度运动,表现为无质量狄拉克粒子。这赋予石墨烯卓越导电性、力学强度、全光谱光学透明度,能吸收可见光全谱段。
石墨烯太阳能电池
早期石墨烯光伏器件效率仅约1.9%。佛罗里达大学盖恩斯维尔分校近期工作改写叙事:将有机掺杂剂三氟甲烷磺酰胺(TFSA)引入石墨烯层,实现创纪录9%功率转换效率,较未掺杂器件提升近五倍。
器件结构
电池由TFSA掺杂石墨烯片转移至高质量硅晶片形成石墨烯/硅肖特基结。因石墨烯温和转移,界面保持原貌;任何无序均作为陷阱缩短载流子寿命降低效率。洁净界面保留强电场利于高效载流子分离。
工作原理
阳光照射产生电子-空穴对。石墨烯/硅肖特基势垒分离载流子:电子入硅、空穴留石墨烯。各材料电极收集电荷产生电流。
TFSA掺杂石墨烯移费米能级,进而增强结区电场。更强电场加速载流子分离收集,带来功率输出大幅提升。
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