【前沿】薄膜太阳能发电效率有望再度提升

据科技媒体 Phys 报道，美国劳伦斯伯克利国家实验室能源部的科学家团队发明了一种光学显微镜，可在太阳能电池吸收光子的时候，绘制 3D 能量转换图，解决了制约薄膜太阳能电池发电效率提升的一个重大瓶颈。

　　（科学家Edward Barnard正在调试光学显微镜设备 来源：Berkeley Lab）

众所周知，与晶硅太阳能电池板相比，薄膜太阳能凭借较低的成本和良好的可塑造性，成为业界重点关注的对象。然而，薄膜太阳能的发展也遇到了行业瓶颈，发电效率一直在 14% 左右徘徊。

　　（为提高太阳能电池发电效率，必须了解其内部状态 来源：Berkeley Lab）

科学家们不断尝试提高薄膜太阳能的发电效率，但始终面临一个很大挑战，因为薄膜太阳能电池的能量转换活动发生在薄膜表层的下面层，并且这种能量转换活动是实时发生变化的，这使得人们很难拍摄到能量转换活动的画面。在无法弄清楚这种能量转换活动的前提下，提升发电效率自然无从谈起。

　　（计算机模拟的太阳能电池吸光时的3D动图 来源：Berkeley Lab）

劳伦斯伯克利国家实验室的科学家发明的这种光学显微镜，成功解决了这个难题。在标准光学技术无法拍摄材料内部的活动情况下，他们运用了一种叫「双光子显微术」的方法，该技术能做到在微米级别对材料的光电子动态进行拍摄。该技术依靠红外光子激光穿透 PV 面板，当两种低能量的光子汇聚到同一点，便有了足够的能量触发电子。电子能被追踪，科学家借此观察电子活动的持续时间。

　　（3D图像显示，加入某化学物质后，太阳能电池的效率显著提升 来源：Berkeley Lab）

该团队首席科学家 Edward Barnard 表示，「为显著提高 PV 太阳能面板的发电效率，我们必须在微米范畴观察材料表层及表层之下的动态，我们的最新技术让我们做到了这一点。」

在实验测试中，激光束能绘制一幅 3D 的太阳能电池材料的光电动态图。目前，该科学家团队已经运用此种技术，观察了解到碲化镉（CdTe）太阳能电池在增加某种化学物质后，能提高太阳能电池的性能。所以，这项技术能帮助研究者在提高薄膜太阳能的研究中，做出更明智的决定。

该研究成果已发表在 11 月 15 日顶级材料科学学术刊物《先进材料》上。相关实验视频，已可通过YouTube进行观看。