从太阳能电池中挤出更多的电力

题为“柔性光伏效应”的论文由Marin Alexe教授，杨明敏教授和Dong Jik Kim撰写，他们都在华威大学物理系。

华威大学的研究人员研究了大多数商业太阳能电池当前设计的物理限制，这些限制对其效率有绝对的限制。大多数商用太阳能电池由两层形成，在它们的边界处形成两种半导体之间的结，p型具有正电荷载流子(可以通过电子填充的空穴)和n型具有负电荷载流子(电子)。

当光被吸收时，两个半导体的结连接维持内部场，该场在相反方向上分裂光激发载流子，在结上产生电流和电压。没有这样的连接点，就无法收获能量，并且光出射的载流子将简单地快速重新组合以消除任何电荷。

两个半导体之间的连接对于从这样的太阳能电池中获取电力是至关重要的，但它具有效率限制。这种Shockley-Queisser限制意味着在理想条件下落入理想太阳能电池的太阳光中所含的所有能量中，最多只有33.7%可以变成电能。

然而，另一种方式是某些材料可以收集由太阳光子或其他地方产生的电荷。大块光伏效应发生在某些半导体和绝缘体中，它们在中心点周围缺乏完美的对称性(它们的非中心对称结构)允许产生的电压实际上大于该材料的带隙(带隙是间隙)价带最高范围的电子能量，其中电子通常存在于绝对零温度和电流可以流动的导带)。

遗憾的是，已知具有异常光伏效应的材料具有非常低的发电效率，并且从未用于实际的发电系统中。

华威团队想知道是否有可能采用在商用太阳能电池中有效的半导体，并以某种方式操纵或推动它们，以便它们也可以被迫进入非中心对称结构，因此也可能受益于大量光伏效应。

对于本文，他们决定尝试使用原子力显微镜设备的导电尖端将这种半导体推向形状，再用“纳米压头”，然后用它们挤压和变形钛酸锶(SrTiO3)，二氧化钛(TiO2)的单个晶体。和硅(Si)。

他们发现这三种都可以通过这种方式变形，从而使它们具有非中心对称的结构，并且它们确实能够产生大量的光伏效应。

华威大学的Marin Alexe教授说：“扩大可以从大块光伏效应中受益的材料范围有几个优点：没有必要形成任何类型的结;任何具有更好光吸收的半导体都可以选择用于太阳能最后，可以克服功率转换效率的最终热力学极限，即所谓的Shockley-Queisser Limit。存在工程挑战，但应该可以创建一个简单玻璃基尖端的太阳能电池(a为了使每个半导体晶体充分变形，如果这样的未来工程可以增加一个百分点的效率，那么太阳能电池制造商和电力供应商将具有巨大的商业价值。