科学家利用超薄层使太阳能发电量增加1000倍

这项发表在《科学进展》上的发现的核心是钛酸钡（BaTiO₃），这种材料以其将光转化为电能的能力而闻名，尽管其本身的效率并不高。

科学家发现，通过将薄层钛酸钡嵌入另外两种材料——钛酸锶和钛酸钙之间，他们可以创造出一种比单独使用钛酸钡产生更多电能的结构，即使使用更少的钛酸钡。

这种改进令人瞩目。相比同等数量的单独钛酸钡，这种层状结构产生的电量高达1000倍。研究人员还能够通过调整每层的厚度来微调这种效果，从而控制系统的性能。

领导这项研究的阿卡什·巴特纳加尔博士告诉《光明新闻》： “这里重要的是铁电材料与顺电材料交替使用。”他指出，虽然顺电材料不会自然分离电荷，但它们在特殊条件下（例如在低温下或结构略有变化的情况下）可以像铁电体一样工作。

钛酸钡可以将光转化为电能，尽管其本身的效率不是很高。

这一性能飞跃背后的科学原理在于层与层之间的相互作用。当这些材料堆叠在一起时，它们吸收光和管理电荷的能力会发生变化。层状结构增强了阳光的吸收，并促进了自由移动电荷的产生，而这对于发电至关重要。

巴特纳加尔说：“晶格层之间的相互作用似乎会导致更高的介电常数——换句话说，由于可见光子的激发，电子能够更容易地流动。”

为了构建这种新材料，研究团队使用高功率激光将晶体蒸发，然后将其重新沉积成厚度仅为 200 纳米的层。最终，他们构建出了一个由 500 层堆叠而成的结构。

在激光照射下进行测试时，这种“晶体夹层”产生的电流比同等厚度的纯钛酸钡电流强1000倍，尽管光电元件数量减少了三分之二。事实证明，这种效果非常稳定，在六个月内几乎保持恒定。

这项技术对太阳能的影响深远。与目前的硅基太阳能电池相比，采用这项技术制造的太阳能电池板效率更高，占用空间更小，这对于空间有限的城市环境尤其具有吸引力。此外，由于无需特殊包装，这种材料制造更简单，也更耐用。

虽然还需要进一步研究才能完全理解其背后的机制，但研究结果预示着太阳能电池板和光能设备的未来前景光明。通过巧妙地层叠不同的材料，科学家们开启了更高效地利用光能发电的大门，这有可能彻底改变我们利用太阳能的方式。