铁电材料让太阳能电池转换效率超越理论极限

2016.08.15 点击519次

【导读】由美国海军研究实验室、卓克索大学、宾州大学，以及俄罗斯科学院、舒布尼可夫晶体研究所共同组成的研究团队利用钛酸钡晶体更有效率地将阳光转换为电能，甚至突破了S-Q效率极限理论预测所能实现的效率——能隙材料在可见光频谱几乎不吸收光。

铁电材料正将太阳能电池的转换效率推向理论的极限，而且仅需使用阳光中的紫外线。
由美国海军研究实验室(USNavalResearchLaboratory)、卓克索大学(DrexelUniversity)、宾州大学(UniversityofPennsylvania)，以及俄罗斯科学院(RussianAcademyofSciences)舒布尼可夫晶体研究所(ShubnikovInstituteofCrystallography)共同组成的研究团队利用钛酸钡晶体更有效率地将阳光转换为电能，甚至突破了S-Q效率极限(Shockley-Queisserlimit)理论预测所能实现的效率——能隙材料在可见光频谱几乎不吸收光。这可能也有助于开发透明的太阳能电池。
能量采集机制有赖于收集“热”电子——当阳光照射时，在光电(PV)材料中携带更多的能量；这种大规模的光电效应可望开启新的电池设计技术。
“钛酸钡吸收不到十分之一的太阳光谱。但是，相较于传统太阳能电池构成的理论限制，我们的装置使用这种材料或相同能隙的材料，能够更有效率地转换更高50%的入射功率，”DrexelUniversity材料科学、物理与电子工程教授JonathanSpanier解释；JonathanSpanier同时也是这项研究的主要作者之一。
新的研究途径还利用了铁电材料的屏蔽效果。奈米级电极用于收集太阳能电池中的电流，提高了碰撞电离化以及倍增载子，从而创造出一连串的电子；而其所提高的效率更超越了S-Q转换极限(假设能源过多会像热一样损耗)。