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研究人员描述了一种新的效应，其中光伏器件产生的电压可以根据入射光的颜色变化。他们展示了这一特性是如何由硫化锑器件内部存在的随机能量状态引起的。这项工作可能会使太阳能电池产生更强的可再生能源。
科学家发现了由二硫化锑制成的太阳能电池的一个新特征：硫化物复合物，他们称之为波长依赖光伏效应（WDPE）。该团队确定，将入射光的颜色从可见光更改为紫外线会导致输出电压发生可逆变化，而产生的电流保持不变。这项工作可能会导致产生新的功能性光传感和成像设备。
图：a） SbSI薄膜制备工艺示意图。b） 光伏装置结构示意图。
光伏（PV）装置——例如太阳能电池和光电二极管——将光能转换为电能，对于可再生能源或光/图像传感器非常重要。薄膜光伏器件由于其低成本、灵活性和重量轻而引起了人们的广泛关注。然而，尽管到目前为止已经报道的各种光伏器件，还没有观察到可逆和快速的波长相关响应。为了使用单个光电二极管区分辐照颜色，必须使用能够电子切换吸收颜色范围的液晶滤波器。然而，这些过滤器体积庞大；能够在不需要此类滤波器的情况下执行颜色检测将有助于最小化光伏器件的尺寸。
现在，Osaka大学的一组研究人员已经用硫化锑制成了新的光伏器件：硫化物复合材料，并发现了一种新的效果。产生的电压可以通过切换灯光颜色来改变，其中紫外线降低了输出电压。也就是说，只需在器件上照射不同颜色的光，即可获得电流-电压曲线的可逆变化。第一作者Ryosuke Nishikubo解释说：“在硅、钙钛矿或有机太阳能电池中没有观察到如此剧烈的电压变化。”
为了更好地理解这种效应背后的机制，科学家们随后通过线性增加电压（photo CELIV）来执行瞬态光电压（TPV）和光诱导电荷提取。这些实验有助于阐明紫外线照射引起的电荷载流子寿命的显著可逆变化。该团队得出结论，WDPE是由高能电荷产生的异质结界面上的亚稳“陷阱”态引起的。这些界面能陷阱显著降低了输出电压，因此，可以根据电压区分某些能量的光。极性溶剂蒸汽的存在可以增强这种变化。资深作者Akinori Saeki说：“虽然我们的工作主要通过解释这种新型效应来帮助推进基础科学，但这项研究也有许多潜在的应用，包括作为蒸汽探测器。”
这一新发现的现象可能应用于从手机到汽车、到安全或园艺系统的所有领域。它还可以成为医学和其他科学研究中成像应用的一部分，如空间卫星和显微摄影。此外，由于其低毒性和低生产成本，它还是一种潜在的可再生能源。
[1] Ryosuke Nishikubo, Shaoxian Li, Akinori Saeki. Unprecedented Wavelength Dependence of an Antimony Chalcohalide Photovoltaic Device. Advanced Functional Materials, 2022; 2201577 DOI: 10.1002/adfm.202201577
