1961年起人们就知道，传统太阳能电池的光电转化效率存在肖克利·奎伊瑟效率极限。对目前太阳能电池板广泛使用的单层硅基太阳能电池来说，转化极限为32%。但有方法能提升太阳能电池板的总效率，例如使用多层电池，或者在其中使用太阳热光伏设备(STPVs)，在生成电能之前将太阳光先转化为热。

近日，美国麻省理工学院的科学家发表在新一期《自然·能量》杂志上的最新研究使用的正是后一种方法，该研究证明，使用太阳热光伏设备（STPVs），太阳能电池的光电转化效率有望突破理论限制。

最新研究的基本原理很简单：不让太阳能电池内无法使用的能量以热的形式散失，所有能量和热首先被一个中间元件吸收，让元件达到能释放热辐射的温度。通过调谐添加层的材料和构造，辐射能以合适波长的光释放出来，而这一波长的光刚好能被太阳能电池捕获，从而提高系统的光电转化效率并降低太阳能电池的热生成。

研究的关键在于使用了加热时能释放出精确波长光的纳米光子晶体。在测试中，纳米光子晶体被整合进一套拥有垂直对齐的碳纳米管系统中，当该装置加热到1000摄氏度时，光子晶体会持续释放出波长与近邻光伏电池能捕获的波段精确匹配的光，光伏电池捕获此光后，会将其转化为电流。研究人员使用一种拥有STPVs组件的光伏电池进行了测试，结果与理论预测匹配。

研究作者戴维·比尔曼称，理论预测指出，让传统太阳能电池与其他高科技材料层携手，能让转化效率达到理论限制的两倍多。与传统光伏设备相比，这套新系统优势明显。首先，光子设备基于热而非光产生辐射，这意味着它将不受环境中细微变化的影响；其次，它耦合了一个热存储系统，能持续不断利用太阳能。“研究表明，我们实际上能突破肖克利·奎伊瑟效率极限”。接下来，他们打算制造更大版本的这种太阳能电池，并找到降低制造成本的方法，不过如此有前途的技术，走上实际应用只是迟早的事。

文章链接：

David M. Bierman, Andrej Lenert, Walker R. Chan, Bikram Bhatia, Ivan Celanović, Marin Soljačić & Evelyn N. Wang, "Enhanced photovoltaic energy conversion using thermally based spectral shaping," Nature Energy 1, Article number: 16068 (2016), doi:10.1038/nenergy.2016.68

新闻链接：

Hot new solar cell

（本文文字内容参考自科技日报）

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