由美國海軍研究實驗室(US Naval Research Laboratory)、卓克索大學(Drexel University)、賓州大學(University of Pennsylvania),以及俄羅斯科學院(Russian Academy of Sciences)舒布尼可夫晶體研究所(Shubnikov Institute of Crystallography)共同組成的研究團隊利用鈦酸鋇晶體更有效率地將陽光轉換為電能,甚至突破了S-Q效率極限(Shockley-Queisser limit)理論預測所能實現的效率——能隙材料在可見光頻譜幾乎不吸收光。這可能也有助於開發透明的太陽能電池。

能量採集機制有賴於收集「熱」電子——當陽光照射時,在光電(PV)材料中攜帶更多的能量;這種大規模的光電效應可望開啟新的電池設計技術。

20160811 PV NT01P1 光激發過程示意圖。a: 中心對稱的晶體;b: 中心不對稱的晶體;c: 實驗配置,包括半徑為10的熱化半球;Ec: 導電帶最小值;Ev: 價電帶最小值.…

「鈦酸鋇吸收不到十分之一的太陽光譜。但是,相較於傳統太陽能電池構成的理論限制,我們的裝置使用這種材料或相同能隙的材料,能夠更有效率地轉換更高50%的入射功率,」Drexel University材料科學、物理與電子工程教授Jonathan Spanier解釋;Jonathan Spanier同時也是這項研究的主要作者之一。

新的研究途徑還利用了鐵電材料的屏蔽效果。奈米級電極用於收集太陽能電池中的電流,提高了碰撞電離化以及倍增載子,從而創造出一連串的電子;而其所提高的效率更超越了S-Q轉換極限(假設能源過多會像熱一樣損耗)。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Ferroelectric materials push solar cell past theoretical limit,by Nick Flaherty)