新材料可能会使太阳能电池效率提高一倍

在一项突破中，科学家们已经确定了一种新的晶体材料，它可以取代硅，并在不显著增加成本的情况下将太阳能电池的效率提高一倍。传统的太阳能电池最多3分之1有效，这是科学家们已知的一个极限，即Shockley-Queisser极限。

这种新材料是一种既包含无机材料 (碘和铅) 又包含有机材料 (甲基铵) 的晶体结构，可以提高效率，从而可以从光中携带3分之2能量，而不会将能量损失为热量。

普渡大学和美国国家可再生能源实验室的研究人员确定的这种材料可以使发电量增加一倍，而不会显着增加成本。足够的太阳能到达地球，可以多次满足地球的所有能源需求，但是很难捕获这种能源-正如2013年，世界上只有大约1% 的电网电力是由太阳能电池板产生的。

普渡大学化学助理教授Libai Huang表示，这种称为混合钙钛矿的新材料将产生比常规硅太阳能电池更薄的太阳能电池，并且还具有柔韧性，廉价且易于制造。最常见的太阳能电池使用硅作为半导体，由于带隙，该带隙只能传输3分之1能量，带隙是将电子从束缚状态提升到导电状态所需的能量，在该状态中，电子能够移动，从而产生电。

入射的光子可以具有比带隙更多的能量，并且在很短的时间内-如此短，很难想象-电子以额外的能量存在。这些电子被称为 “热载流子”，在硅中它们只存在一皮秒 (即10-12秒)，并且只传播10纳米的最大距离。

此时，热载流子电子将其能量作为热而放弃。这是太阳能电池效率低下的主要原因之一。Huang和她的同事开发了一种新技术，可以通过使用快速激光和显微镜来跟踪运动范围和热载体的速度。

科罗拉多州国家可再生能源实验室的高级科学家朱凯说，这些是创建商用热载体太阳能电池的关键因素。他说: “这项研究表明，标准多晶钙钛矿薄膜中的热载流子可以传播的距离与制造高效钙钛矿太阳能电池所需的膜厚度相似或更长。”

“这表明开发热载体钙钛矿太阳能电池的潜力是好的，” 朱补充说。这项研究发表在《科学》杂志上。