科研人员发现光电-热电耦合效应可提升太阳电池效率

太阳电池的能量转换效率长期受限于shockley-queisser理论极限，其中长波区域的光子难以通过光电转化加以利用。如何有效利用该波段的能量，实现太阳全光谱的高效转换，成为当前研究的重要挑战之一。

为应对这一难题，中国科学院院士、大连化学物理研究所研究员李灿带领的研究团队提出了一种全新的思路——光电与热电双效应耦合机制。研究人员利用钙钛矿材料具备的热电性能及其较低的热导率，在器件内部构建出垂直方向的温度梯度（ΔT），从而激发热电效应，将长波红外光的热能转化为电能。与此同时，短波区的光子则继续通过光伏效应实现能量转换，最终达到对太阳全光谱能量的综合利用。

在此基础上，研究团队通过对太阳电池结构及载流子传输特性的优化调控，验证了光生载流子（源于光伏效应）与热扩散载流子（源于热电效应）之间的协同作用。实验结果显示，在引入热电效应后，基于FAPbI₃的太阳电池其能量转换效率由原本的25.65%提升至27.17%（ΔT=10℃）。这一结果初步证明了光电-热电耦合策略在提升太阳电池性能方面的有效性。

本项研究揭示了光伏效应与热电效应之间的耦合机制，并成功实现了对长波红外光热能的有效利用，使太阳电池的能量转换效率突破27%大关，为开发高性能太阳电池提供了全新路径。

相关研究成果以“Synergistic Cooperation between Photovoltaic and Thermoelectric Effects in Solar Cells”为题，发表于国际权威期刊《能源与环境科学》（Energy & Environmental Science）。项目得到了国家自然科学基金委员会等机构的支持。

大连化物所发现光电-热电耦合效应可提升太阳电池效率