成果简介
尽管石墨烯具有迷人的光电特性，但基于石墨烯的太阳能电池的功率转换效率（PCE）仍有待提高。本文，浙江大学林时胜教授团队在《Adv. Sci.》期刊发表名为“High Efficient Solar Cell Based on Heterostructure Constructed by Graphene and GaAs Quantum Wells”的论文，研究表明，石墨烯/量子阱/砷化镓（GaAs）异质结构太阳能电池在90K时可以达到20.2%的PCE和高达1.16V的开路电压（Voc）。高效率是石墨烯/GaAs异构结构中石墨烯的载流子倍增（CM）效应的结果。
特别是，基于由石墨烯/In0.15Ga0.85As/GaAs 0.75P0.25量子阱/GaAs构建的异质结构，紫外波长的外量子效率（EQE）可以提高到72.2%。EQE随着光波长的减小而增加，这表明通过CM效应，更高能量的光子可以有效地激发更多的载流子。由于这些物理特性，石墨烯/GaAs异质结构太阳能电池将提供一种超越Shockley–Queisser（S–Q）极限的可能途径。
图文导读
图1、石墨烯/砷化镓异质结构太阳能电池的器件结构及特性测试
图3、石墨烯/砷化镓异质结构太阳能电池的物理原理图
图4、石墨烯/QW/GaAs太阳能电池的原理图和性能表征。
图5、石墨烯/QW/GaAs异质结构太阳能电池的性能表征测试
小结
在这项工作中，我们已经证明了石墨烯/GaAs异质结构太阳能电池，由于石墨烯的优异特性，通过吸收高能光子来实现显著的CM。石墨烯/GaAs异质结构作为二维范德华异质结构的代表，在高效太阳能电池中起着至关重要的作用，通过进一步优化结构和减少外在损耗通道，更充分地利用HCs，有望成为超越S-Q极限的下一代光伏技术。
文献：https://doi.org/10.1002/advs.202204058
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