美國研究小組展示光伏電池結構的新架構

就太陽能電池板的功能而言，盡可能的將更多的光子轉換為能源乃大勢所趨。一直以來，化學、材料科學以及電子工程范疇的研究人員孜孜不倦尋求提高光伏設備能源吸收的效率，不過當前技術仍受制于部分物理定律。

日前，美國佩恩（Penn）大學和德雷克塞爾（Drexel）大學聯合宣布研發出太陽能電池的新模式。該模式不僅有望削減光伏電池的制造成本，令其更易于加工，還可提高其轉換效率。

目前光伏電池均以同一種模式展開工作：吸收光線，再激發電子，令它們流向特定的方向。這種流動的電子被成為電流。然而，為了達成一致的路線或電極，太陽能電池的制作離不開兩種材料：吸收光線的材料與導電的材料。一旦一個受激發的電子跨過前者到后者，就無法折回。

拉佩（Rappe）表示：不過，世界上存在一小類材料，一旦受到光線的照耀，電子即流向某個特定的方向，無需從一種材料跨向另一種材料。

我們稱之為光伏本體效應，而非發生在現有光伏電池中的‘接口效應。這類現象早于上世紀70年代被發現，不過我們并沒有采用這類方式加工太陽能電池，因為最終證實這類效應只可將紫外光線轉換為能源，而絕大部分能源來自太陽光線中的可見光與紅外光譜。

基于此，尋找一種存在于光伏本體效應中的材料即可大幅簡化光伏電池的加工流程。而且，該辦法還可規避肖克利奎伊瑟效率極限（Shockley-QueisserLimit），即在電子在排隊等待跳躍的期間，部分光子的轉換能源會丟失。

拉佩聲稱：想象一下，來自太陽的光子如雨般落在你身上，不同頻率的光線就如同類型各異的貨幣：便士、鎳幣及硬幣等。此時，吸收光線的材料可稱為‘能帶隙決定你最終獲得的‘面額。

何謂肖克利奎伊瑟效率極限？通俗的講，你最終抓住的面值只能是能帶隙可容納的最低數值。目前光伏本體效應中并無適宜的材料。憑借專業的材料積淀，研究小組已研制出一種新型模式，并已測量其屬性。

早在5年前，該研究小組就已啟動理論工作，描繪出這一新型化合物的詳盡屬性。每個化合物始于一個母材料，該材料向最終的材料注入光伏本體效應中的極性方面。所謂母材料，即能夠削減化合物帶隙的材料。

隨后，這兩種材料均被研磨稱細粉末，混合在一起，在爐中加熱，直至兩者發生化學反應。最終得到的結晶具有母材料的結構，但關鍵部位擁有來自最終材料的元素，從而使其能夠吸收可見光。

試驗室中制作出的鈣鈦礦晶

設計中面對的緊要挑戰即確定材料能否在吸收可見光的同時仍舊保留極性屬性。戴維斯（Davis)說道，據理論計算顯示，新材料中互相排斥的屬性組合其實能夠趨于穩定。

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