太陽能電池是通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置， 其中以光電效應(yīng)工作的晶硅太陽能電池為主流。雖然通過摻雜及表面覆蓋抗光反射層能提高晶硅太陽能電池的效率，但是超過能帶間隙和一些特定波長的光反射造成了巨大的光能量損失，反而限制了晶硅太陽能電池的效率。 Y.H. Wang等利用有機金屬三溴納米粒子(CH3NH3PbBr3)涂層吸收部分短波長太陽光，使其轉(zhuǎn)化成化電場。該化電場可以通過促進分子重排而增強有機-晶硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池的不對稱性，從而增加表面活性載流子密度，終將有機-晶硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池的效率從12.7%提高到了14.3%。
蘇州大學(xué)Q.L. Bao教授等人在鈣鈦礦結(jié)構(gòu)微納米線的光電轉(zhuǎn)換離子遷移行為和載流子濃度分布等領(lǐng)域作出了突出貢獻。2016年，發(fā)表在ACS Nano上的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)微納米線的光電轉(zhuǎn)換離子遷移行為的研究中，作者利用neaspec公司的近場光學(xué)顯微鏡neaSNOM發(fā)現(xiàn)：1. 未施加外場電壓時， 該微納米線區(qū)域中載流子密度(圖1 g. s-SNOM振幅信號)和光折射率(圖1 g. s-SNOM相位信號)較均勻;2. 施加外場正電壓時，該區(qū)域中載流子密度隨I-離子(Br−)的遷移而向右移動(圖1 h. s-SNOM振幅信號)，其光折射率隨隨MA+離子(CH3NH3+)的遷移而向左移動(圖1 g. s-SNOM相位信號)較均勻;3. 施加外場負壓時，情況正好與施加正電壓時相反(圖1 i)。該研究顯示弄清無機-有機鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中的離子遷移行為對于了解鈣鈦礦基的特殊光電行為具有重要意義，進而為無機-有機鈣鈦礦材料的光電器件應(yīng)用打下了堅實的基礎(chǔ)。
圖1.SNOM測量鈣鈦礦結(jié)構(gòu)微納米線的光電轉(zhuǎn)換的離子遷移行為。
d-f. 離子遷移測量示意圖;g-i,相應(yīng)的s-SNOM光學(xué)信號振幅和相位圖
2017年， Q.L. Bao教授等人發(fā)表在AdvanceMaterials的文章中再次利用neaspec公司的近場光學(xué)顯微鏡neaSNOM，次在實驗中研究了太陽能電池表面鈣鈦礦納米粒子涂層的載流子密度。結(jié)果顯示：鈣鈦礦納米粒子覆蓋區(qū)域近場信號強度高于Si/SiO2區(qū)域中信號強度(參見下圖2 b; 圖2 a為對應(yīng)區(qū)域的形貌)。另外作者也研究了增加光照的時間的影響(參見下圖2 c, d)。其結(jié)果顯示：近場信號強度隨光照時間增加，從12.5 μV (黃色，0 min) 增加到 14.4 μV (紅色, 60 min)，該近場信號反映了可移動自由載流子密度的變化。終，紅外光neaSNOM研究結(jié)果證明：隨光照時間增加，太陽能電池表面的鈣鈦礦納米粒子涂層富集和捕獲了大量的電子。
圖2. SNOM測量鈣鈦礦結(jié)構(gòu)納米粒子涂層的載流子密度。a. AFM形貌圖;b, s-SNOM光學(xué)信號圖-未加光照;
c, s-SNOM光學(xué)信號圖-光照30min;d, s-SNOM光學(xué)信號圖-光照60min
作者預(yù)見，該研究對于設(shè)計新型太陽能電池，提高其轉(zhuǎn)化效率具有重要意義。同時，該研究還提出了一種使鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料和晶硅太陽能電池相結(jié)合的研究方法，為之后的研究和應(yīng)用提供了解決新思路。
相關(guān)參考文獻
1.Zhang Y.P.; et. al. Reversible StructuralSwell−Shrink and Recoverable Optical Properties in Hybrid norganic−OrganicPerovskite. ACS Nano 2016,10, 7031−7038.
2.Wang Y.H.; et. al. The Light-InducedField-Effect Solar Cell Concept - Perovskite Nanoparticle Coating IntroducesPolarization Enhancing Silicon Cell Efficiency. AdvancedMaterial 2017, First published: 3 March 2017; DOI: 10.1002/adma.201606370.
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