太阳能的使用不断扩大，该技术背后的科学也在不断发展：西班牙巴塞罗那摄影研究所 (ICFO) 的研究人员宣布，太阳能电池工程取得了突破，可以将效率水平提高到 33% 的标准极限以上。
当今天的太阳能电池板将阳光转化为电能时，大部分能量都会以热和光的形式损失掉——一种思考方式是转换的“成本”。一种称为 Shockley-Queisser 极限的物理理论预测，我们始终可以在标准单层太阳能电池中实现 33% 的转换率。
然而，像ICFO小组这样的科学家正在努力打破肖克利-奎瑟规则。在这项特殊的研究中，重点是太阳能电池发出的微小红外光：它在技术上称为玻尔兹曼损失，也是当前太阳能技术低于 33% 阈值的部分原因。
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当阳光照射到太阳能电池板时，光子会撞击电池板半导体材料中的电子。这些电子可以以电力的形式喷射出来，但并不是所有的电子都会被及时收集：一些电子会逸出并转换回光子，从而向各个方向发射红外光。
为了解决这个问题，ICFO团队采用了标准太阳能电池，并更换了透明的前电极——它是一点太阳光，它需要既导电又同时传递尽可能多的光子。
科学家们没有使用标准的氧化铟锡作为前电极，而是使用了一层非常薄的银层，薄到足以传输大部分光，充当导体，并且部分地表现得像镜子。这限制了光逸出的角度并提高了效率。
“我们的研究是太阳能转换领域向前迈出的重要一步，因为它开辟了一条完全未经探索的克服肖克利-奎泽极限的途径，”这项新研究的第一作者弗朗西斯科·伯纳尔·泰卡博士说。
科学家们表示，通过调整和改进此处使用的方法，理论上可以将效率提高到接近 43%，但值得注意的是，该团队在测试中只观察到了很小的效率提升。 43% 的主张是对该方法潜力的预测。
这种太阳能电池的“镜盒”方法过去已经被探索过，但之前没有人能够使其在实验室中发挥作用，或者同时增加电压和电流（设置的关键部分）。
分离与分裂
正如 ICFO 研究人员指出的那样，可以从多个角度来提高太阳能电池板的效率，并且所有这些角度都在取得进展。太阳能电池板中的阳光能量损失基本上有三种方式：通过光损失（如上所述）、通过热损失以及通过能量太少而无法转换的光子。
这个问题的热损失部分引起了很多关注，科学家尝试解决这个问题的最常见方法是将这两种材料结合起来。它们具有不同的间距，本质上是喷射电子所需的最小光子能量。间隙越大意味着可以捕获更多的光子（它本质上捕获更多的光谱）。
今年早些时候，中国太阳能制造商隆基乐叶通过在传统硅电池顶部堆叠一种名为钙钛矿的晶体材料，创下了 35.5% 的新效率记录。钙钛矿带可以“调整”以接受特定波长的光，这意味着可以吸收更高能量的光子。
您将看到与不同材料和不同太阳能电池技术相关的许多不同条目和百分比。例如，九州大学和美因茨约翰内斯古腾堡大学的研究人员最近宣布，他们使用单线态分裂的方法实现了 130% 的量子产率。
不过，这是产量，而不是效率：为了抵消太阳能电池板的热损失，单态裂变将高能光子分裂成两个包，然后释放两个电子，在这种情况下，每 10 个光子会产生 13 个能量包。它最终可能会提高未来太阳能电池的效率，但需要做更多的工作来开发它。
尽管太阳能电池板的科学知识可能变得非常密集和复杂，但最终目标很容易理解。随着这些技术的改进和商业化，我们可以在不增加太阳能电池板尺寸的情况下产生更多的电力，降低公用事业费用，并减少我们对化石燃料能源的依赖。
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