據(jù)物理學家組織網(wǎng)近日報道，美國科學家研制出了一種體光伏材料，用其制造的太陽能電池板成本低、效率高。40多年來，科學家們一直希望能研制出體光伏材料，其除了能利用紫外線的能量外，還能利用可見光和紅外線的能量，新材料的問世終于讓他們?nèi)缭敢詢敗?/p>
新材料由賓夕法尼亞大學和德雷克賽爾大學的科學家攜手研制而成，其有三大突出優(yōu)勢。首先，它制造出的太陽能電池板比目前占據(jù)市場主流的硅基太陽能電池板更薄。第二，其原材料比目前高端薄膜太陽能電池所用材料更便宜。第三，這種材料是鐵電材料，這意味著其極性可打開也能關閉，有助于太陽能電池材料超越目前光電轉(zhuǎn)化效率的理論限制。
太陽能電池板低效的部分原因在于，從太陽那兒收集到的粒子進入太陽能電池后會四處散落。如果想讓所有粒子都朝一個方向流動，需要多層不同的引導材料，粒子每通過一層材料都會損失一點，從而降低了太陽能電池的能效。新式材料制成的太陽能電池引導層更少，因此能量損失更小;而且，鐵電材料引導粒子所耗費的能量也更少。
科學家們歷時5年才最終設計出這種新式材料，其由鈮酸鉀和鈮酸鋇鎳組合而成的鈣鈦礦晶體構成。結(jié)果表明，其性能遠勝目前的鐵電材料且能吸收6倍多的太陽能。研究人員表示，進一步完善和調(diào)整該材料的組成將進一步提高能效。
德雷克賽爾大學材料科學和工程學的喬納森·斯潘尼爾表示：“新材料令人驚奇，因為其由廉價無毒且含量豐富的元素組成，不像目前高效薄膜太陽能電池所使用的復合半導體材料。”
研究人員使用一套工具證明，新材料能讓能量朝一個方向移動而非在層間交錯而行，因此可將能量損失降低到最小。這種能力被稱為體光伏效應，自從上世紀70年代就為科學家們所知，但直到現(xiàn)在，科學家們只在紫外線內(nèi)觀察到這種效應，而其實，太陽光的大多數(shù)能量位于可見光和紅外線光譜內(nèi)。借助新材料，他們終于在可見光和紅外線內(nèi)觀察到了這一效應。
而且，他們還證明，通過調(diào)整新材料組成成分的百分比，能減少該材料的能帶隙。斯潘尼爾說：“這種材料的能帶隙位于紫外線范圍內(nèi)，但只需增加10%的鈮酸鋇鎳，就會讓其能帶隙進入可見光范圍內(nèi)并接近太陽能轉(zhuǎn)化效率的理想值。”
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