创新设计使轻型太空电池效率翻番
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科技日报记者 张佳欣
美国宾夕法尼亚大学研究人员在最新出版的第一期《设备》杂志上提出了一种轻量级二维过渡金属二卤化物（2D TMDC）太阳能电池的新设计，这种电池通过超晶格结构得到增强，增加了对太阳能的吸收，效率从5%提高到12%，非常适合于太空应用。
月球基地艺术概念图。改进的2D TMDC太阳能电池可为太空探索和定居点提供能源。 图片来源：P. Carril/欧洲空间局
宾夕法尼亚大学首席作者兼《设备》杂志顾问委员会成员迪普·贾里瓦拉表示，人们正在慢慢认识到，2D TMDC是极好的光伏材料。2D TMDC太阳能电池的重量仅为硅或砷化镓太阳能电池的1/100。虽然该电池效率不如硅太阳能电池，但它们的单位重量产生的电力更多，这一特性被称为“比功率”。由于其厚度只有3—5纳米，但吸收的太阳光却与商业太阳能电池相当。它们只有几个原子厚，这种超薄特征使其获得了“2D”的标签。
该团队认为，要想进一步提高这种电池的效率，必须正确考虑设备的激子。激子是太阳能电池吸收阳光时产生的，它们是2D TMDC太阳能电池高效吸收光能的关键。当激子的正负电荷分量被输送到不同的电极时，太阳能电池就会产生电能。
通过对太阳能电池建模，研究团队的新设计在实验中演示的效率相较之前翻了一番，达到12%。
研究人员称，这种器件的独特之处在于它的超晶格结构，这意味着存在由间隔层或非半导体层隔开的交替的2D TMDC层，层之间的间隔允许多次反射光线。
下一步，研究人员希望在未来4—5年内设计出实际效率超10%的电池。
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