英國改良太陽能材料性質，盼突破太陽光電轉換極限

英國華威大學近日成功改良太陽能板中的 N 型與 P 型半導體，可望進一步提升光電轉換效率與電能。

根據發布在《Science》的論文，研究團隊首先分析當今商業太陽能電池結構，指出不少結構限制太陽能電池效能。目前大多太陽能電池由兩層組成，而具有正電荷載流子的 P 型半導體會跟負電荷 N 型半導體會在邊界形成接面。

當陽光被電池吸收時，PN 接面會產生電子電洞對（electron-hole pair），在內建電場的作用下，受到刺激的電子和失去電子的電洞會朝相反方向移動，進而產生電流與電壓。PN 接面為太陽能電池產電關鍵，但它具有效率限制，也就是傳說中的蕭基─奎伊瑟極限（Shockley-Queisser limit），即使在理想日照與溫度環境，太陽能板最高也只能轉換 33.7% 太陽光，因此團隊想要找出是否有其他材料可以從光中獲取能量。

團隊原本想說可利用一些半導體與絕緣體的批量光伏效應（bulk photovoltaic effect），這些材料由於中心不對稱性（non-centrosymmetric structure），產生的電壓可能會大於材料能隙，但是目前已知材料發電效率相當低之外，也沒有實際用於太陽光電系統中。因此研究試圖改良商用太陽能電池半導體材料，讓它們變成中心不對稱結構。

為找出解決辦法，研究希望能透過導電技術改變半導體形狀，其測試設備從原子力學顯微鏡到納米壓痕試驗機（nano-indenter）都採用過，試圖擠壓和變形鈦酸鍶（SrTiO3）、二氧化鈦（TiO2）和矽。

團隊則發現這 3 種材料皆可以透過導電方式變形並達到中心不對稱，測試結果也顯示材料能產生批量光伏效應。

華威大學的物理系教授 Marin Alexe 表示，該材料不需要形成任何接面就能產生電，光吸收良好的半導體也都可以做為太陽能電池材料，更重要的是，這項改良技術可以克服蕭基─奎伊瑟極限。雖然工程上可能存有挑戰，但簡易玻璃製程也能讓半導體晶體變型，可望製造更多電池。假如這項技術將來可提升太陽能效率，對太陽能電池製造商和電力供應商來說具有龐大商業價值。

（本文由 EnergyTrend授權轉載；首圖來源：華威大學）

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