美吸光又发光太阳能电池将突破转化效率极限

据物理学家组织网4月20日（北京时间）报道，科学家们认为，太阳能电池吸光越多，提供的电力就会越多，但美国的一个科研团队却反其道而行之，提出并演示了一种新的设计理念太阳能电池设计得像发光二极管（LED），既能吸光又能发光。他们称，最新设计有望让太阳能电池突破转化效率的极限。

该团队主要负责人、加州大学伯克利分校电子工程系教授艾利·雅布龙诺维奇说：“演示结果表明：太阳能电池发出的光子越多，产生的电压和获得的转化效率越高。”

科学家们自1961年就知道，太阳能电池的光电转化效率存在着一个理论最大值：约为33.5%。但50年过去了，始终无人突破这一极限。2010年，科学家们让平板单节点太阳能电池（能吸收特定频率光波）的转化效率达到了26%。

为了获得更高的转化效率，雅布龙诺维奇团队基于吸光和发光之间的数学关联，提出了上述设计理念。研究人员欧文·米勒表示，当太阳中的光子“袭击”太阳能电池内的半导体时，电池会产生电。光子提供的能量会让材料中的电子变得松散从而能自由移动，但这一过程（发冷光过程）可能也会产生新光子。新式太阳能电池背后的理念是：应让这些并不直接来自于太阳光的新光子能容易地从电池中逃逸。米勒表示：“尽管这与直觉相悖，但从数学角度而言，使新光子逃逸会让电池产生更多电压。”

米勒解释道：“从根本上而言，太阳能电池的吸光和发光之间存在着热力学关系。让太阳能电池发光，那么，光子就不会在太阳能电池内“失去”，就会增加太阳能电池产生的电压。发光越好的太阳能电池产生的电压越高，转化效率也越高。”米勒表示，尽管冷光发射过程会增加电压这一理论并不新鲜，但从没有人想过用其来设计太阳能电池。

雅布龙诺维奇说，他参与创办的阿尔塔设备公司去年使用新概念设计出的一种由砷化镓制成的太阳能电池模型就取得了高达28.3%的创纪录转化效率。该进展应部分归功于他们在设计电池时，也让光能尽可能容易地从电池中逃逸，他们使用的技术包括改进电池背面，确保产生的光子被反射回材料中，从而产生更多电力。

雅布龙诺维奇希望能利用最新技术，让太阳能电池的转化效率超过30%。该研究适用于各种类型的太阳能电池，有望让整个太阳能电池领域大大受益。科学家们将在5月6日至11日于加州旧金山举办的激光器和电子设备大会上宣读最新成果。

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33.5%这一理论极值，仅指平板型单结太阳能电池，它们只吸收特定频率的光，而多结电池吸的多，转化率自然也要高得多。本文中吸光又发光的电池，其工作模式并不难理解，像我们常见的发光二极管，就是利用注入式电致发光的原理制成的，但它却不是说明这种电池技术亮点的好例子。因为加州大学的目的在于：改变光捕获的特点，以吸收更多的频谱，进而刷新电池转换率。从测试及研究太阳能电池的角度来看，其无疑是一个极具创造性的新方法。