美国研究小组展示光伏电池结构的新架构

就太阳能电池板的功能而言，尽可能的将更多的光子转换为能源乃大势所趋。一直以来，化学、材料科学以及电子工程领域的研究人员孜孜不倦寻求提高光伏设备能源吸收的效率，不过当前技术仍受制于部分物理定律。

日前，美国佩恩（Penn）大学和德雷克塞尔（Drexel）大学联合宣布研发出太阳能电池的新模式。该模式不仅有望削减光伏电池的制造成本，令其更易于生产，还可提高其转换效率。

目前光伏电池均以同一种模式展开工作：吸收光线，再激发电子，令它们流向特定的方向。这种流动的电子被成为电流。然而，为了达成一致的路线或电极，太阳能电池的制作离不开两种材料：吸收光线的材料与导电的材料。一旦一个受激发的电子跨越前者到后者，就无法折回。

拉佩（Rappe）表示：不过，世界上存在一小类材料，一旦受到光线的照耀，电子即流向某个特定的方向，无需从一种材料跨向另一种材料。

我们称之为光伏本体效应，而非发生在现有光伏电池中的‘接口效应。这类现象早于上世纪70年代被发现，不过我们并没有采用这类方式生产太阳能电池，因为最终证实这类效应只可将紫外光线转换为能源，而绝大部分能源来自太阳光线中的可见光与红外光谱。

基于此，寻找一种存在于光伏本体效应中的材料即可大幅简化光伏电池的生产流程。而且，该方法还可规避肖克利奎伊瑟效率极限（Shockley-QueisserLimit），即在电子在排队等待跳跃的期间，部分光子的转换能源会丢失。

拉佩声称：想象一下，来自太阳的光子如雨般落在你身上，不同频率的光线就如同类型各异的货币：便士、镍币及硬币等。此时，吸收光线的材料可称为‘能带隙决定你最终获得的‘面额。

何谓肖克利奎伊瑟效率极限？通俗的讲，你最终抓住的面值只能是能带隙可容纳的最低数值。目前光伏本体效应中并无合适的材料。凭借专业的材料积淀，研究小组已研制出一种新型模式，并已测量其属性。

早在5年前，该研究小组就已启动理论工作，描绘出这一新型化合物的具体属性。每个化合物始于一个母材料，该材料向最终的材料注入光伏本体效应中的极性方面。所谓母材料，即能够削减化合物带隙的材料。

随后，这两种材料均被研磨称细粉末，混合在一起，在炉中加热，直至两者发生化学反应。最终得到的结晶具有母材料的结构，但关键部位拥有来自最终材料的元素，从而使其能够吸收可见光。

实验室中制作出的钙钛矿晶

设计中面对的重要挑战即确定材料能否在吸收可见光的同时依然保留极性属性。戴维斯（Davis)说道，据理论计算显示，新材料中互相排斥的属性组合其实能够趋于稳定。