德国研究员利用三维纳米复合薄膜开发出反常光生伏特效应的太阳能电池

德国马丁路德大学（MartinLutherUniversity）Halle-Wittenberg（MLU）的研究人员利用自组装的三维纳米复合薄膜，开发出一种基于所谓反常光生伏特效应的新型太阳能电池结构。

这种效应只与某些类型的半导体材料有关，当光伏器件提供高于相应半导体的带隙的开路电压，同时显示出非常差的短路电流时，就会发生这种效应。

产生这种效应的材料通常具有较低的功率转换效率。因此，它们从未应用于商业光伏生产。然而，德国研究人员声称，他们的新型“纳米复合”细胞结构在克服这一挑战方面取得了一些进展。

学者们在一种层状钙钛矿结构的金中使用了氧化镍（NiO）纳米柱。采用脉冲激光沉积（PLD）技术，在钛酸锶（SrTiO3）单晶衬底上生长了这种结构。在这种结构中，垂直于电池层的氧化镍带充当了电子传输的快车道。

研究人员AkashBhatnagar说：“这正是电子穿过每一个水平层所阻碍的传输。新的结构实际上将电池的电输出提高了五倍。”

他们说，实验中使用的材料可以自己形成所需的结构，无需外部干预。

科学家们解释说：“与纯钛酸铅和均匀的金相薄膜相比，纳米复合薄膜显示出更好的光电性能。”

该研究小组现在将开始评估除氧化镍以外的其他材料，并评估太阳能电池用于工业规模生产的潜力。他们描述了他们在“具有三维结构的纳米复合材料及其对光电效应的影响”方面的研究，该研究最近发表在《纳米快报》上。

什么是反常光生伏特效应

反常光生伏特效应指从热力学观点，半导体器件所能产生的最大光生伏特电压应等于它的能带隙的宽度电压。但有些半导体和绝缘体，如ZnS,当用紫外光照射时，能产生开路电压比它的能带隙宽高的光生伏特电压.这种现象称为反常光生伏特效应。

这种效应所产生的都是指开路电压较高，有些情况下，能产生高达上千伏；但在闭路有电流时，则能产生很小的功率。因此，能产生反常光生伏特效应的材料，目前还都不能实用。

什么材料才能发生反常光生伏特效应？

根据大量数据总结，梅兹提出假设；只有材料内含有一些简单的单元，每单元产生的光生伏特电压经串联，使总电压升高的材料，才能成为具有反常光生伏特效应的材料。根据梅兹的假设可知，下列三种材料能产生反常光生伏特效应：

多晶材料，每一微晶可视为一光伏特电池；整个多晶的微晶电压串联起来的电压就可具有比它的能带隙宽高的电压。

某些铁电材料能发展成铁电条状畴；每个畴也可视为一个光伏特电池，它们串起来也可获得较高的光生伏特电压。

具有非中心对称结构的单晶可产生巨大的光生伏特电压。这种情况特别称为体光生伏特效应。