Science太陽能電池論文疑存在重大誤導,王中林院士團隊發論文質疑

2020-12-07 騰訊網

光伏效應已經得到廣泛的研究，並作為清潔能源應用於各種設備。然而，其開路電壓受半導體的帶隙能帶限制，效率較低。體光伏效應（bulk photovoltaic effect）能夠產生極大的光生電壓，遠遠超過相應半導體的帶隙，但其短路電流異常低，整體發電效率極低；同時，具有體光伏的材料通常受限於寬帶隙非中心對稱材料體系。

Yang, Kim和Alexe 等人在國際頂尖學術期刊Science上報導了撓曲電光伏效應（Flexo-electric photovoltaic effect, 以下統稱為「該文」），即通過半導體中的應變梯度，可以在任何半導體中產生體光伏效應，同時能產生非常大的光伏電流（該文宣稱電流提高了兩到三個數量級），並認為通過該效應可以極大提高太陽能電池的效率。

最近，王中林院士領導的鄒海洋博士，張春利博士，薛昊博士和吳治嶧博士等人從實驗設計，實驗數據，機制原理，和結論分析等方面對該文進行討論，認為該文實驗設計不合理，用於計算分析的物理模型不合理，實驗結果無法支持物理模型，結論陳述有明顯的誤導和錯誤。作者們認為該文對學術界和公眾認知存在重大誤導，非常有必要指出其存在的問題和疑問。其評論的原文發在了ACS Nano雜誌上。

首先，Yang, Kim and Alexe提供的數據不一致。文中宣稱電流有兩到三個數量級的提高，而支撐材料中大量的數據卻表明電流提高倍數都低於20倍。在納米尺度下，強壓力會引起諸多參數極大地變化，包括AFM 針尖和晶體形變引起接觸面積，接觸電阻等的變化，因而電流發生變化的原因則存在了很多可能性。

第二，沒有有效數據證明實驗中是否產生了撓曲電效應以及其強度。Yang, Kim and Alexe文中沒有實驗數據，只有計算試圖驗證撓曲電的產生，而其實驗設計和實際情況與所用物理計算模型的基本適用條件完全不符，計算結果將應力梯度極大放大，得到了完全偏離實際的結果。

第三，沒有任何有效證據證明該實驗產生了體光伏效應。Yang, Kim and Alexe文中所得到的電流和偏振光角度的變化沒有太大關係（與電流總值相比，電流波動幅度1pA非常小），這與體光伏效應的這一特性的典型曲線不符。

第四，沒有數據體現出撓曲電光伏理論中的極化現象。極化電勢會對I-V兩端曲線產生不對稱的變化，而在Yang, Kim and Alexe文中的出現的是對稱變化，這更可能是壓阻效應的結果，而不是具有極化效應的撓曲電或體光伏。

第五，沒有任何數據表明撓曲電光伏效應能大大提高太陽能電池的效率以及突破SQ效率限制。太陽光與該文中所用的極化雷射有著極大地本質不同。另外，Yang, Kim and Alexe文中得到的電壓仍在帶隙內，電流的量級（pA，nA）依舊異常低，無法得到高效的光電轉換。也沒有任何理由相信，通過大面積的探針陣列壓在普通太陽能電池上就可以產生體光伏來提高電流，電壓或者效率。另外，強外力作用下的探針陣列會影響光吸收，反射，電阻，增加材料缺陷，影響太陽能的性能和壽命。

評論文章裡提出了30個Yang, Kim and Alexe文章中存在的具體問題和質疑，認為該實驗無法證明產生了撓曲電光伏效應，更無法證明該效應是電流提高的主要原因，因此，撓曲電光伏效應能提高太陽能電池效率的結論不能成立。

論文連結：

https://science.sciencemag.org/content/360/6391/904

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.9b07222

來源 ：北京納米能源所

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