复合材料为光伏设备带来新的曙光

来自日本大阪大学开放和跨学科研究倡议研究所的研究人员发现了由硫化锑：硫化物基复合材料制成的太阳能电池的一个新特征，他们称之为波长依赖的光伏效应（Wavelength-dependent Photovoltaic Effect，WDPE）。

研究人员发现，将入射光线的颜色从可见光改为紫外线，会诱发由该复合材料制成的太阳能电池输出电压的可逆变化，同时使产生的电流保持不变。这项工作在《先进功能材料》的一篇论文中报告，可能会引领新的功能性光感应和成像设备的发展。

光伏装置，如太阳能电池和光电二极管，能将光能转化为电能，在可再生能源和光和图像传感器领域有着非常重要的地位。最近，薄膜光伏设备的进展吸引了很多人的注意，因为它们成本低、灵活性强、重量轻。

尽管到目前为止已经报道了许多光伏设备，但还从未观察到可逆和波长依赖的光伏效应。为了使用单个光电二极管区分不同颜色的光，必须使用能够电子切换吸收颜色范围的液晶过滤器，但这些过滤器很笨重。能够在不需要这种滤光片的情况下进行颜色检测，对于最大限度地减少光伏设备的尺寸是非常有用的。

现在，大阪大学的一个研究小组建造了由硫化锑：硫化物基复合材料制成的新的光伏装置，并发现了一种新的效果。该装置产生的电压可以通过切换光的颜色而改变，紫外线会降低输出电压。换句话说，只需将不同颜色的光照在该装置上，就可以获得电流与电压曲线的可逆变化。

为了更好地理解这种效应背后的机制，研究人员进行了瞬态光电压（transient photovoltage，TPV）和通过线性增加电压的光诱导电荷提取（photo-induced charge extraction by linearly increasing voltage，photo-CELIV）。这些实验帮助澄清了暴露在紫外线辐射下诱发的电荷载体寿命的戏剧性和可逆性变化。

研究小组得出结论，波长依赖的光伏效应是由异质结界面的可转移 "陷阱 "状态引起的，这些状态由高能量电荷产生。这些界面能量陷阱大大降低了输出电压，使某些能量的光可以根据电压来区分。这种变化可以通过极性溶剂蒸汽的存在得到加强。

新一发现可以应用于从移动电话到汽车到安全到园艺系统的各种光感应。它还可以构成医学和其他科学追求中的成像应用的一部分，如空间卫星和显微照相。此外，复合材料太阳能电池由于其低毒性和低生产成本，有可能成为一种理想的可再生能源。