英国改良太阳能材料性质 盼突破太阳光电转换极限

英国华威大学近日成功改良太阳能板中的 N 型与 P 型半导体，可望进一步提升光电转换效率与电能。

根据发布在《Science》的论文，研究团队首先分析当今商业太阳能电池结构，指出不少结构限制太阳能电池效能。目前大多太阳能电池由两层组成，而具有正电荷载流子的 P 型半导体会跟负电荷 N 型半导体会在边界形成接面。

当阳光被电池吸收时，PN 接面会产生电子电洞对（electron-hole pair），在内建电场的作用下，受到刺激的电子和失去电子的电洞会朝相反方向移动，进而产生电流与电压。PN 接面为太阳能电池产电关键，但它具有效率限制，也就是传说中的萧基─奎伊瑟极限（Shockley-Queisser limit），即使在理想日照与温度环境，太阳能板最高也只能转换 33.7% 太阳光，因此团队想要找出是否有其他材料可以从光中获取能量。

团队原本想说可利用一些半导体与绝缘体的批量光伏效应（bulk photovoltaic effect），这些材料由于中心不对称性（non-centrosymmetric structure），产生的电压可能会大于材料能隙，但是目前已知材料发电效率相当低之外，也没有实际用于太阳光电系统中。因此研究试图改良商用太阳能电池半导体材料，让它们变成中心不对称结构。

为找出解决办法，研究希望能透过导电技术改变半导体形状，其测试设备从原子力学显微镜到纳米压痕试验机（nano-indenter）都采用过，试图挤压和变形钛酸锶（SrTiO3）、二氧化钛（TiO2）和硅。

团队则发现这 3 种材料皆可以透过导电方式变形并达到中心不对称，测试结果也显示材料能产生批量光伏效应。

华威大学的物理系教授 Marin Alexe 表示，该材料不需要形成任何接面就能产生电，光吸收良好的半导体也都可以做为太阳能电池材料，更重要的是，这项改良技术可以克服萧基─奎伊瑟极限。虽然工程上可能存有挑战，但简易玻璃制程也能让半导体晶体变型，可望制造更多电池。假如这项技术将来可提升太阳能效率，对太阳能电池制造商和电力供应商来说具有庞大商业价值。

（本文由 EnergyTrend授权转载；首图来源：华威大学）

如需获取更多资讯，请关注微信公众账号：Technews科技新报

EnergyTrend 为市场研究机构集邦科技(TrendForce)旗下的一个研究部门，主要提供绿能相关产业的市场趋势情报及价格资讯，其研究领域包含了太阳能光伏、锂电池与电动车。

未经许可，任何媒体、网站或个人不得复制、转载、或以其他方式使用本网站的内容，违者必究。