索比光伏网讯:为了产生最大的能量，太阳能电池的设计就要吸收尽可能多的太阳光。现在，加州大学伯克利分校（University of California, Berkeley）的研究人员设计并演示了一种反直觉的概念：太阳能电池的设计更像发光二极管，可以发光也可以吸收。
阿尔塔设备公司的高效率太阳能电池。
来源：阿尔塔设备公司
伯克利分校研究小组会发表他们的成果，就在2012年激光和电光学大会（CLEO：Conference on Lasers and Electro Optics）上，大会5月6-11日在加利福尼亚州（California）圣何塞（San Jose）举行。
“我们展示的是，太阳能电池散发光子的效果越好，电压就越高，也可以产生更大的效率，”艾利•雅布龙维奇（Eli Yablonovitch）说，他是加州大学伯克利分校电气工程教授，也是首席研究员。
自1961年以来，科学家已经知道，在理想条件下，阳光照射到典型太阳能电池上，产生的电能数量有一个限度。这个绝对限度，从理论上说大约是33.5％。这意味着，最多只有33.5％的入射光子能量可以被吸收，并转换成有用的电能。
然而，五十年来，研究人员一直无法接近这一效率：2010年来，人们取得的最高效率刚刚超过26％。这是平板式“单结”（single junction）太阳能电池，它吸收的光波都属于特定频率以上。“多结”（Multi-junction）电池含有多层，可吸收多种频率，能够实现更高的效率。
最近，雅布龙维奇和他的同事们试图了解，在理论极限与研究人员可达到的限度之间，为什么会出现这样大的差距。在研究中，一幅“连贯的画面”出现了，加州大学伯克利分校的研究生欧文•米勒（Owen Miller）说，他也是雅布龙维奇小组的成员。他们有了一个相对简单的，也许有悖常理的解决方案，这是因为他们从数学上关联起吸收和发射的光线。
“从根本上说，这是因为有一种热力学的联系，存在于吸收和发射之间，”米勒说。设计太阳能电池，使它发光，这样，光子就不会消失在电池内，这就会有一种自然效果，就是增加太阳能电池产生的电压。“如果有一个太阳能电池，可以很好地发光，那么，也可以使它产生较高的电压，”反过来，这就可以获取更多的电能，这是相对于电池中每单位阳光而言，米勒说。
理论上说，荧光发射和电压变化具有相关性，这并不新鲜。但是，此前从未考虑过，这个理念可用于设计太阳能电池，米勒继续说。
去年，海湾地区有一家公司，叫阿尔塔设备公司（Alta Devices），是雅布龙维奇共同创办的，这家公司利用这一新概念，创造了一种原型太阳能电池，采用的是砷化镓（GaAs：gallium arsenide），这种材料常用于制造卫星太阳能电池。这个原型打破了世界纪录，效率从26％跳到28.3％。这家公司取得了这一里程碑，部分是因为，设计电池时，尽可能使光线容易逃出电池，这是因为使用了一些技术，比如增加后镜的反射率，可以把入射的光子反射回去，穿过前部的设备。
太阳能电池产生电力，是因为来自太阳的光子撞击电池内的半导体材料。光子的能量敲松材料中的电子，使电子自由流动。但是，这个过程中，撞击释放电子也可以产生新的光子，这个过程称为发光（luminescence）。这一理念支持这种新型太阳能电池设计，这些新的光子不是直接来自太阳，应该尽可能容易地离开电池。
“第一反应通常是，让这些光子逃逸什么用？”米勒说。“难道你不想让光子一直在里面，这样它们就可以创造更多的电子。”然而，数学上看，让新的光子逃脱会提高电池产生的电压。
这项研究是“一个很好的有用的方式”，可以使科学家确定，如何提高太阳能电池的性能，以及寻找创造性的新方法，测试和研究太阳能电池，水晶伊斯公司（Crystal IS）的利奥•肖瓦尔特（Leo Schowalter）说，他是伦斯勒理工学院（Rensselaer Polytechnic Institute）客座教授，也是激光和电光学大会发光二极管、光电和节能光电委员会会长。
雅布龙维奇说，他希望，研究人员可以使用这项技术，在未来几年，取得接近30％的效率。因为这项研究适用于所有类型的太阳能电池，因此，这项成果会影响整个领域。
本文为麻省理工《科技创业》原创文章，未经书面许可，严禁转载使用。
阿尔塔设备公司的高效率太阳能电池。
来源：阿尔塔设备公司
伯克利分校研究小组会发表他们的成果，就在2012年激光和电光学大会（CLEO：Conference on Lasers and Electro Optics）上，大会5月6-11日在加利福尼亚州（California）圣何塞（San Jose）举行。
“我们展示的是，太阳能电池散发光子的效果越好，电压就越高，也可以产生更大的效率，”艾利•雅布龙维奇（Eli Yablonovitch）说，他是加州大学伯克利分校电气工程教授，也是首席研究员。
自1961年以来，科学家已经知道，在理想条件下，阳光照射到典型太阳能电池上，产生的电能数量有一个限度。这个绝对限度，从理论上说大约是33.5％。这意味着，最多只有33.5％的入射光子能量可以被吸收，并转换成有用的电能。
然而，五十年来，研究人员一直无法接近这一效率：2010年来，人们取得的最高效率刚刚超过26％。这是平板式“单结”（single junction）太阳能电池，它吸收的光波都属于特定频率以上。“多结”（Multi-junction）电池含有多层，可吸收多种频率，能够实现更高的效率。
最近，雅布龙维奇和他的同事们试图了解，在理论极限与研究人员可达到的限度之间，为什么会出现这样大的差距。在研究中，一幅“连贯的画面”出现了，加州大学伯克利分校的研究生欧文•米勒（Owen Miller）说，他也是雅布龙维奇小组的成员。他们有了一个相对简单的，也许有悖常理的解决方案，这是因为他们从数学上关联起吸收和发射的光线。
“从根本上说，这是因为有一种热力学的联系，存在于吸收和发射之间，”米勒说。设计太阳能电池，使它发光，这样，光子就不会消失在电池内，这就会有一种自然效果，就是增加太阳能电池产生的电压。“如果有一个太阳能电池，可以很好地发光，那么，也可以使它产生较高的电压，”反过来，这就可以获取更多的电能，这是相对于电池中每单位阳光而言，米勒说。
理论上说，荧光发射和电压变化具有相关性，这并不新鲜。但是，此前从未考虑过，这个理念可用于设计太阳能电池，米勒继续说。
去年，海湾地区有一家公司，叫阿尔塔设备公司（Alta Devices），是雅布龙维奇共同创办的，这家公司利用这一新概念，创造了一种原型太阳能电池，采用的是砷化镓（GaAs：gallium arsenide），这种材料常用于制造卫星太阳能电池。这个原型打破了世界纪录，效率从26％跳到28.3％。这家公司取得了这一里程碑，部分是因为，设计电池时，尽可能使光线容易逃出电池，这是因为使用了一些技术，比如增加后镜的反射率，可以把入射的光子反射回去，穿过前部的设备。
太阳能电池产生电力，是因为来自太阳的光子撞击电池内的半导体材料。光子的能量敲松材料中的电子，使电子自由流动。但是，这个过程中，撞击释放电子也可以产生新的光子，这个过程称为发光（luminescence）。这一理念支持这种新型太阳能电池设计，这些新的光子不是直接来自太阳，应该尽可能容易地离开电池。
“第一反应通常是，让这些光子逃逸什么用？”米勒说。“难道你不想让光子一直在里面，这样它们就可以创造更多的电子。”然而，数学上看，让新的光子逃脱会提高电池产生的电压。
这项研究是“一个很好的有用的方式”，可以使科学家确定，如何提高太阳能电池的性能，以及寻找创造性的新方法，测试和研究太阳能电池，水晶伊斯公司（Crystal IS）的利奥•肖瓦尔特（Leo Schowalter）说，他是伦斯勒理工学院（Rensselaer Polytechnic Institute）客座教授，也是激光和电光学大会发光二极管、光电和节能光电委员会会长。
雅布龙维奇说，他希望，研究人员可以使用这项技术，在未来几年，取得接近30％的效率。因为这项研究适用于所有类型的太阳能电池，因此，这项成果会影响整个领域。
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