美國(guó)加州大學(xué)戴維斯分校的科研人員通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬證實(shí)，利用特殊的“硅BC8”結(jié)構(gòu)，能夠基于單個(gè)光子產(chǎn)生多個(gè)電子空穴對(duì)，大幅提升太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。相關(guān)研究報(bào)告發(fā)布在最新一期的《物理評(píng)論快報(bào)》上。

太陽(yáng)能電池以光電效應(yīng)作為基礎(chǔ)，當(dāng)一個(gè)光子或是光粒子擊中單個(gè)硅晶體時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生一個(gè)帶負(fù)電荷的電子以及一個(gè)帶正電荷的空穴，而收集這些電子空穴對(duì)就能夠生成電流。作為論文的合著者，該?；瘜W(xué)系的朱莉亞·加利表示，傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電池能基于每個(gè)光子產(chǎn)生一個(gè)電子空穴對(duì)，因此其理論最大轉(zhuǎn)換效率約為33%.而新途徑能夠基于單個(gè)光子產(chǎn)生多個(gè)電子空穴對(duì)，從而切實(shí)提升太陽(yáng)能電池的效率。

科研人員借助勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的超級(jí)計(jì)算機(jī)模擬了硅BC8的行為，這種硅結(jié)構(gòu)形成于高壓環(huán)境，但其在正常壓力下也很穩(wěn)定。模擬結(jié)果顯示，硅BC8納米粒子確實(shí)基于單個(gè)光子生成了多個(gè)電子空穴對(duì)，即使當(dāng)它暴露于可見(jiàn)光時(shí)亦是如此。

此次研究的主要作者、博士后研究員斯蒂芬·魏博曼談到，這一途徑可使太陽(yáng)能電池的最大轉(zhuǎn)化效率提升至42%，超越任何現(xiàn)有的太陽(yáng)能電池，意義十分重大。“事實(shí)上，如果利用拋物面反射鏡為新型太陽(yáng)能電池聚集陽(yáng)光，我們有理由相信，其轉(zhuǎn)換效率或可高達(dá)70%.”他補(bǔ)充說(shuō)道。

有些遺憾的是，通過(guò)與傳統(tǒng)的硅納米粒子相結(jié)合，目前制成的太陽(yáng)能電池模型僅能在紫外線的照射下工作，還不能在可見(jiàn)光照射下正常工作。此前哈佛大學(xué)和麻省理工學(xué)院的科學(xué)家曾發(fā)表論文指出，當(dāng)普通硅太陽(yáng)能電池被激光照射時(shí)，激光所發(fā)出的能量或可營(yíng)造出局部的高壓以形成硅BC8納米晶體。因此，施加激光或是化學(xué)壓力都可能使現(xiàn)有的太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化為高效的新型太陽(yáng)能電池。

太陽(yáng)能電池或許是最清潔和方便的能源。但目前的電池板有一點(diǎn)不能令人完全滿意：光電轉(zhuǎn)化效率。近幾年，國(guó)際上開(kāi)發(fā)出不少新材料，都能提高太陽(yáng)能電池的效率，高的能達(dá)到20%.這一次，美國(guó)科學(xué)家發(fā)明的新微觀結(jié)構(gòu)，更是讓半導(dǎo)體的效率上限翻番。當(dāng)然這是計(jì)算機(jī)模擬的結(jié)果，大規(guī)模應(yīng)用為時(shí)尚早。從經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，低能耗生產(chǎn)新式光電池，難度不可小覷。

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