奧地利、美國(guó)及德國(guó)的物理學(xué)家近日提出了一種全新類型的光伏電池。該電池設(shè)計(jì)依據(jù)于十年前的發(fā)現(xiàn)，兩種絕緣氧化物的界面可變?yōu)榻饘傥镔|(zhì)，這可能使光伏電池不再要金屬線。假如氧化物分層結(jié)構(gòu)的制造成本可以被削減，那么這項(xiàng)研究或許將催生一種全新類型的高效光伏電池片。

2004年，物理學(xué)家HaroldHwang與AkiraOhtomo做出了一項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)，當(dāng)絕緣體鈦酸鑭生長(zhǎng)于另一種絕緣體鈦酸鍶，那么2D電子氣相結(jié)合可生成金屬物質(zhì)。這一現(xiàn)象是極性氧化物與另一種非極性氧化物相遇并導(dǎo)致電荷累積而引發(fā)的。

導(dǎo)電界面

如今，來(lái)自維也納科技大學(xué)、橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室與德國(guó)伍茲堡大學(xué)（UniversityofWurzburg）的研究人員組成的團(tuán)隊(duì)已進(jìn)行了相關(guān)計(jì)算，并提議利用這種效應(yīng)制成一種全新類型的光伏電池通過(guò)導(dǎo)電界面引導(dǎo)電流的出現(xiàn)，而非金屬線。

光伏電池的遠(yuǎn)離是光生伏特效應(yīng)，指光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬結(jié)合的不同部位之間出現(xiàn)電位差的現(xiàn)象。它首先是由光子（光波）轉(zhuǎn)化為電子、光能量轉(zhuǎn)化為電能量的過(guò)程;其次，是形成電壓過(guò)程。

橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的SatoshiOkamoto與其同事推斷，這或許將有助于電子與空穴在結(jié)合前互相分離。假如極性氧化物與一種合適的非極性氧化物相結(jié)合，那么界面就會(huì)變成金屬物。因此，電子與空穴可從任何一端導(dǎo)出，而表面也無(wú)需金屬線。

吸光率達(dá)到最大化

首先極性氧化物要盡可能吸收最多的太陽(yáng)能。某種物質(zhì)的帶隙是化合價(jià)與導(dǎo)帶證件的電能差。低于帶隙的光子無(wú)法創(chuàng)造出電子空穴對(duì)，而能源大于帶隙的光子可創(chuàng)造出電子空穴對(duì)。然而后者超過(guò)帶隙的電能會(huì)隨著熱量而喪失。因此，帶隙要低到足以吸收大量的光子。

因此研究人員挑中了釩酸鑭，其能帶間隙為1.1eV可見(jiàn)光的能見(jiàn)帶隙在1.5-3.5eV之間。他們采用密度泛函理論來(lái)建立生長(zhǎng)于鈦酸鍶襯底的釩酸鑭光伏電池的模型。雖然他們無(wú)法就發(fā)電效率做出準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，但研究人員表示這一固有的優(yōu)勢(shì)值得進(jìn)一步的研究。

樂(lè)觀且謹(jǐn)慎

而這種光伏電池的效率能否具備經(jīng)濟(jì)可行性呢？Okamoto對(duì)此表示樂(lè)觀且持謹(jǐn)慎態(tài)度。他認(rèn)為，這可能極具競(jìng)爭(zhēng)力，但這還要很長(zhǎng)的一段時(shí)間。我希望當(dāng)人們充分認(rèn)識(shí)到這種光伏電池的優(yōu)勢(shì)之后，它的成本會(huì)隨之下降。

來(lái)自劍橋大學(xué)致力于創(chuàng)新光伏電池研發(fā)的NeilGreenham將這項(xiàng)發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》的研究成果描述為一篇有趣的論文，但他強(qiáng)調(diào)稱這種電池是否能超越目前的技術(shù)還有待產(chǎn)品原型的誕生。