未来太阳能电池的奇特新效应：柔性光伏

英国华威大学（University of Warwick）的科学家们报导发现新型光伏效应，他们称之为“柔性光伏”。其能够真正使硅等普通晶体及其它材料实现一种能量转换，这种能量转换人们早已知晓，却未被充分利用。技术的关键在于使劲用尖锐的物体戳相关材料。

目前的太阳能电池一般由硅制成，存在由p-n结构成的内置电场。p-n结是具有过量正电荷载体（空穴）的区域与具有过量负电荷载体（自由电子）的区域的交界处。光子被吸收时变成一个自由电子和一个空穴。由于p-n结的存在，自由电子和空穴分离，产生电压。这类太阳能电池本身存在能量转换效率极限，即肖克利·奎伊瑟效率极限（Shockley-Queisser limit），效率不能超过33.7%。

但另一种效应——体光伏效应（bulk photovoltaic effect）不存在类似极限。它只在晶体结构缺乏中心对称性的材料中出现，英国华威大学物理学教授、项目领导人Marin Alexe解释道。具有中心对称性就是围绕中心旋转晶体的单元结构而结构不变。不具备中心对称性的材料，例如钛酸钡（barium titanate），存在体光伏效应，尽管缺乏p-n结仍能产生电流，但由于其他原因不适合做太阳能电池。

Alexe教授和他的学生Ming-Min Yang、博士后研究员Dong Jik Kim共同研究是否能够使中心对称、适合做太阳能电池的材料展现体光伏效应，例如硅。

他们利用微观层次的蛮力达到目的：用原子力显微镜的尖端捣碎了晶体。结果晶体产生严重应变，失去中心对称性，“这就让晶体产生了体光伏效应，”Alexe教授说。该效应在许多类型的晶体中都适用，他们已经试验了钛酸锶（strontium titanate）、氧化钛（titanium oxide）和硅。更出色的是“该效应没有热力学限制，因为它并非基于p-n结，”他说。

但它比普通太阳能电池更为有效吗？“我们无法对效率做任何说明，”Alexe教授说。那些实验要等他们更充分地表征这一效应后再进行。“我们确定的是，理论上没有什么限制我们在一个装置中利用两种效应。”

Alexe教授设想用一列微型尖刺向下挤压常规硅太阳能电池。“这是最简单的方法，不一定是最便宜或最聪明的方法，”Alexe教授说。另一种方案是将应变诱导缺陷设计到硅中。（设计在微处理器中加速晶体管的应变类型不适用于这种效应。）“这是一个全新的研究领域，可以开放这个研究，设计这类效应，”他说。