美科研人员突破太阳能电池效率的上限

虽然研究人员一直在稳步提高太阳能电池的发电量，但他们却面临根本的限制，这是因为物理学涉及到把光子转换为电子，而且是在半导体材料中进行的。现在，美国怀俄明大学（University of Wyoming）研究人员已证明，采用被称作量子粒（quantum dots）的新型纳米材料，有可能超越这些极限，生产超效能太阳能电池。

太阳能电池的理论限度离不开数量上大幅度变化的阳光光子能量。其数量变化取决于光的颜色。无论接收到的光子多么充满活力，太阳能电池仅能把一个光子转换成一个电子，而且是以既定数量的能量。任何多余能量都会散失为热量。科学家们假设，量子粒因其不寻常的电子属性，可以把一些多余能量转换为电子。他们估计，这个方法可以使太阳能电池效率的理论最大值提高大约50%。

最初测试这个想法是很令人鼓励的，但没有结论。研究人员们无法直接测量多余的电子，因为这些电子存在时间太短暂，无法使它们离开材料进入电路。怀俄明大学研究人员所取得的关键进步，是改进了量子粒及其所附着的二氧化钛电极的表面化学，创造了一种强有力的连接，使电子可以逃离量子粒，时间只有短短的万亿分之（trillionths）几秒。这是第一次，研究者能够直接测量太阳能电池中多余电子的生产。

这一进展是很重要的，原因有两个。首先，它表明，有可能使用多余电子促进产生电流，这是必要的，如果这些电子要在太阳能电池中有任何作用的话。第二，测量表明，量子粒可更有效地产生多余电子，超过一些研究者的想象，对某些波长的光而言，其效果大约是三倍，如果研究结果准确的话，伊兰-拉班尼（Eran Rabani）说，他是特拉维夫大学（Tel Aviv University）化学教授。然而，这个性能仍不足以制造超效能太阳能电池，他说。布鲁斯-帕克孙（Bruce Parkson）是怀俄明大学化学教授，领导这项工作，他对此表示同意。“这不是最理想的。这只是第一步,”他说。

仍然存在两大障碍，要不这一技术就可以用来制造超效能太阳能电池。帕克孙使用硫化铅量子粒和水晶二氧化钛电极，研究人员们需要尝试量子粒和电极材料的其它组合，以发现一些组合，可以把更多光子转换成许多电子。帕克孙说，他的新方法用于制造量子粒太阳能电池，有助于他们直接测试其他一些组合。

研究人员们还需要提高量子粒太阳能电池所能吸收的光的总量。在实验电池中，量子粒层太薄，大多数光线透过都不会被吸收。帕克孙说，下一步可能就是使量子粒附着于一种多孔材料，这种材料具有较大的表面积，这就会使它们有更多的机会吸收光，同时还使电子可以很快逃离。