荷蘭格羅寧根大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在《ACS能源快報(bào)》（ACS Energy Letters）發(fā)表論文，宣布發(fā)現(xiàn)一種基于錫的鈣鈦礦材料。該材料能捕獲并長時(shí)間保留太陽能電池中“熱電子”產(chǎn)生的熱量，使能量損失速度降低約1000倍，為突破太陽能電池理論效率上限33%提供了科學(xué)依據(jù)。

太陽能電池利用太陽光子激發(fā)電子發(fā)電。當(dāng)高能光子作用時(shí)，會產(chǎn)生攜帶大量能量的“熱電子”。但這些高能粒子會迅速冷卻，多余能量以廢熱形式流失，導(dǎo)致能量在電子離開電池材料前就已損失。

研究團(tuán)隊(duì)與物理光學(xué)及光電子學(xué)教授瑪麗亞·安東妮塔·洛伊合作，使用專用錫基鈣鈦礦材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示，該材料將熱量散失速率減緩了1000倍，使多余能量得以維持納秒級（十億分之一秒）而非皮秒級（萬億分之一秒）。面對這一接近“不可能”的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，研究人員起初甚至對測量結(jié)果產(chǎn)生懷疑。

為解開疑團(tuán)，電子芯片與新型設(shè)備物理學(xué)教授揚(yáng)·安東·科斯特與博士生蒂姆·法伯通過計(jì)算機(jī)模擬揭示了背后的雙重機(jī)制。首先是“熱聲子瓶頸效應(yīng)”，環(huán)境介質(zhì)溫度驟升使活躍電子重新吸收熱能，從而延長發(fā)熱時(shí)間；其次是“伯斯坦-莫斯效應(yīng)”，熱電子快速填滿材料的Zui低可用能級，形成類似“原子交通擁堵”的狀態(tài)，阻礙其他熱電子以同等速度散熱。

這兩種效應(yīng)此前雖已被認(rèn)知，但此次研究首次明確其為該類特殊太陽能材料發(fā)揮作用的核心原因。該材料兼具寬光譜吸光、高效電荷運(yùn)動及長時(shí)能量保持特性，被視為下一代光伏面板的有力候選者。不過，團(tuán)隊(duì)指出，目前利用該余熱技術(shù)的商用太陽能電池仍十分遙遠(yuǎn)，許多問題仍需解答，但理論層面已為開發(fā)更高效率的太陽能電池開辟了新路徑。