傳統(tǒng)太陽電池能量轉(zhuǎn)換效率受限于Shockley-Queisser理論極限，其長波區(qū)光子難以被光電轉(zhuǎn)化利用。目前，如何利用長波區(qū)的能量來高效利用太陽全光譜能量是相關(guān)領(lǐng)域的研究難點之一。

針對上述問題，中國科學院院士、中國科學院大連化學物理研究所研究員李燦團隊提出了光電-熱電雙效應(yīng)耦合思路。研究人員基于鈣鈦礦材料熱電性質(zhì)和低熱導率特性，在電池內(nèi)部構(gòu)建垂直溫度梯度（ΔT），激發(fā)熱電效應(yīng)，進而將長波區(qū)紅外光熱能轉(zhuǎn)化為電能。同時，短波區(qū)光子通過光伏效應(yīng)將其轉(zhuǎn)換為電能，以期實現(xiàn)太陽全光譜能量的利用。進一步，研究通過調(diào)控太陽電池結(jié)構(gòu)與載流子傳輸特性，驗證了光生載流子（光電效應(yīng)）與熱擴散載流子（熱電效應(yīng)）的耦合效應(yīng)。結(jié)果表明，基于FAPbI₃的太陽電池在耦合熱電效應(yīng)后，能量轉(zhuǎn)換效率從基準值25.65%提升至27.17%（ΔT=10℃）。這一結(jié)果初步驗證了光電-熱電雙效應(yīng)耦合策略在提升太陽電池性能方面的可行性。

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該研究發(fā)現(xiàn)了光伏效應(yīng)與熱電效應(yīng)耦合機制，實現(xiàn)了長波紅外光熱能利用，提升太陽電池能量轉(zhuǎn)換效率至27%以上，為發(fā)展高效太陽電池提供了新思路。

近日，相關(guān)研究成果以Synergistic Cooperation between Photovoltaic and Thermoelectric Effects in Solar Cells為題，發(fā)表在《能源與環(huán)境科學》（Energy & Environmental Science）上。研究工作得到國家自然科學基金委員會等的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1039/D5EE01548K