近日，我所太阳能研究部（DNL16）李灿院士团队发现了光伏效应与热电效应的耦合机制，实现了长波红外光热能的利用，提升太阳电池的能量转换效率至27%以上，为发展高效太阳电池提供了新思路。
李灿团队在长期开展光（电）催化和人工光合成研究的同时，也持续致力于高效太阳电池新材料和新机制的探索。传统太阳电池的能量转换效率受限于Shockley-Queisser理论极限，其主要原因是长波区光子不能被光电转化利用。因此，高效利用太阳全光谱能量的主要挑战之一就是如何利用长波区的能量。针对该挑战，团队提出了光电-热电双效应耦合的思路。
在本工作中，团队基于钙钛矿材料的热电性质和低热导率特性，在电池内部构建垂直温度梯度（ΔT），从而激发热电效应，将长波区红外光热能转化为电能；同时，短波区光子通过光伏效应将其转换为电能，以期实现太阳全光谱能量的利用。团队通过调控太阳电池结构及载流子传输特性，实验验证了光生载流子（光电效应）与热扩散载流子（热电效应）的耦合效应。结果表明，基于FAPbI₃的太阳电池在耦合热电效应后，能量转换效率从基准值25.65%提升至27.17%（ΔT=10℃）。这一结果初步验证了光电-热电双效应耦合策略在提升太阳电池性能方面的可行性。
上述工作以“Synergistic Cooperation between Photovoltaic and Thermoelectric Effects in Solar Cells”为题，发表在《能源与环境科学》（Energy & Environmental Science）上。该工作的第一作者是我所DNL1607组副研究员傅平。该工作得到国家自然科学基金委“人工光合成”基础科学中心项目，我所创新基金等项目的支持。（文/图 傅平）
