鈣鈦礦太陽能的新道路

在現(xiàn)在的生活中，太陽能產(chǎn)品處處可見，人們用太陽能煮飯，還有太陽能熱水器等等，無處不見太陽能產(chǎn)品，當(dāng)然，最重要的還是太陽能發(fā)電，但是目前的技術(shù)并不能讓人們很好利用太陽能發(fā)電。提高太陽能轉(zhuǎn)換效率的路途困難重重，其中一項(xiàng)難題便是太陽能材料沒法吸收全部的光，有一部分的光能會(huì)以熱的形式損失，進(jìn)而降低性能，對此，最近美國科學(xué)家透過添加有機(jī)化合物材料，成功吸收并轉(zhuǎn)換鈣鈦礦太陽能電池產(chǎn)生的熱，最高轉(zhuǎn)換效率有機(jī)會(huì)從 33% 突破到 66%。

太陽能電池的廢熱困擾科學(xué)家多年，好比目前已量產(chǎn)的單晶硅與多晶硅的太陽電池，硅晶電池轉(zhuǎn)換效率平均效率落在 20% 上下，也就是說，太陽電池只能將 20% 入射陽光轉(zhuǎn)換成電能，其余的 80% 都浪費(fèi)或變成無用反傷的熱能。

太陽能板無法吸收所有能量，若是光能小于半導(dǎo)體材料能隙，就無法將電子推送到導(dǎo)帶，也不能產(chǎn)生電力;當(dāng)光子的能量大于半導(dǎo)體的能隙，半導(dǎo)體也只會(huì)吸收相對能隙的能量并產(chǎn)生電子電洞對，其余能量則被稱為「熱載子」，這些熱載子會(huì)在短短幾皮秒(10-12秒)內(nèi)冷卻并釋放出聲子，也就是透過晶格振動(dòng)將能量以廢熱釋出。

其中鈣鈦礦太陽能雖然以制造成本低、轉(zhuǎn)換效率高、應(yīng)用廣而聞名，但它也逃不了會(huì)產(chǎn)生廢熱的課題，現(xiàn)在荷蘭格羅寧根大學(xué)與南洋理工大學(xué)決定捕獲那些「熱載子」，在載子復(fù)合、釋出聲子之前把高能量的載子傳遞至外部電路。

近年來科學(xué)家已注意到典型的鹵化物鈣鈦礦太陽能能降低熱載子的冷卻速度，因此該團(tuán)隊(duì)決定尋找能跟鈣鈦礦電池搭配、又能快速吸收熱電荷的材料，去年格羅寧根大學(xué)的研究就指出，若能捕獲并善用熱電子，混合鈣鈦礦太陽能的最大效率可以從 33% 提高到 66%。

最近他們發(fā)現(xiàn)有機(jī)化合物 bphen (注)與鈣鈦礦或許是個(gè)合作好伙伴，格羅寧根大學(xué)與南大科學(xué)家使用飛秒(10-15秒)脈沖激光器(femtosecond pulsed lasers)等多個(gè)超快雷射脈沖來一探新型太陽能電池到底如何運(yùn)作，用比相機(jī)閃光燈快 1 兆倍的速度來看結(jié)果是否符合期待。

結(jié)果指出，該有機(jī)化合物的能隙較大，足以吸收熱電子的能量，且鈣鈦礦太陽能電池產(chǎn)生的熱電子能階剛也好比 bphen 能隙還要大，不會(huì)激發(fā)化合物中的電子，只是要需要克服兩種材料的接面障礙問題。

未來科學(xué)家則打算實(shí)際打造出 bphen 鈣鈦礦太陽能電池，或許真的能為鈣鈦礦太陽能開辟新的道路。目前研究已發(fā)表在《Science Advances》。太陽能雖然可以產(chǎn)生很大能量，但是現(xiàn)在的技術(shù)還不足以保證人類所有的運(yùn)轉(zhuǎn)，這就需要我們保護(hù)能源，從自己做起，從身邊的點(diǎn)滴做起，節(jié)約能源，是我們?nèi)祟惷恳粋€(gè)人應(yīng)盡的責(zé)任。