铁电材料让太阳能电池转换效率超越理论极限

由美国海军研究实验室(US Naval Research Laboratory)、卓克索大学(Drexel University)、宾州大学(University of Pennsylvania)，以及俄罗斯科学院(Russian Academy of Sciences)舒布尼可夫晶体研究所(Shubnikov Institute of Crystallography)共同组成的研究团队利用钛酸钡晶体更有效率地将阳光转换为电能，甚至突破了S-Q效率极限(Shockley- Queisser limit)理论预测所能实现的效率——能隙材料在可见光频谱几乎不吸收光。这可能也有助于开发透明的太阳能电池。

能量采集机制有赖于收集“热”电子——当阳光照射时，在光电(PV)材料中携带更多的能量；这种大规模的光电效应可望开启新的电池设计技术。光激发过程示意图。a:中心对称的晶体；b:中心不对称的晶体；c:实验配置，包括半径为10的热化半球；Ec:导电带最小值；Ev:价电带最小值.…

“钛酸钡吸收不到十分之一的太阳光谱。但是，相较于传统太阳能电池构成的理论限制，我们的装置使用这种材料或相同能隙的材料，能够更有效率地转换更高50%的入射功率，”DrexelUniversity材料科学、物理与电子工程教授JonathanSpanier解释；JonathanSpanier同时也是这项研究的主要作者之一。

新的研究途径还利用了铁电材料的屏蔽效果。奈米级电极用于收集太阳能电池中的电流，提高了碰撞电离化以及倍增载子，从而创造出一连串的电子；而其所提高的效率更超越了S-Q转换极限(假设能源过多会像热一样损耗)。