突破性的 190% 效率：太阳能电池板的未来

: By Robert Jennings，InnerSelf.com

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经过六年的开发，这家荷兰科技初创公司的太阳能电动汽车（名为“the 0”）已准备好首次亮相。这款创新型车辆无需充电即可行驶数月，为电动交通的效率树立了新标准。

里海大学的研究人员开发出一种新的量子材料这可以极大地改变太阳能电池板的效率。这种创新材料结合了铜、硒化锗 (GeSe) 和硫化锡 (SnS)，其外量子效率 (EQE) 高达 190%。这个数字超过了传统的效率极限，这表明太阳能收集的突破性进展。

了解效率突破

太阳能电池将阳光转化为电能，其有效性通过 EQE 来衡量，传统上最高值为 100%。 100% 的效率意味着每个光子都会产生一个电子。然而，Lehigh 开发的新材料采用了一种称为多激子生成 (MEG) 的机制，其中高能光子可以产生多个电子，从而将效率提升到 100% 以上。

这种材料的独特之处在于它使用了“中带态”——材料内的特定能级，增强了其转换太阳能的能力。这些能级非常适合利用传统太阳能电池会浪费的光子。该材料通过吸收红外和可见光谱中的额外光来利用更广泛的太阳光谱，从而提高发电量。

创新背后的科学

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以 CuxGeSe/SnS 作为活性层的薄膜太阳能电池示意图。图片来源：Ekuma 实验室/理海大学

该材料令人印象深刻的性能源于分子水平上的精确结构操纵。通过将铜原子插入 GeSe 和 SnS 层中，研究人员创建了一种紧密束缚的二维结构，可实现与材料的独特光子相互作用。这些相互作用发生在范德华间隙内——铜原子所在的材料层之间的微小空间。

通过广泛的计算机模拟和实验方法，该团队已经磨练了一种技术，可以精确放置铜原子，最大限度地减少聚集等可能损害材料性能的不良影响。

展望未来：挑战与机遇

里哈伊大学的研究人员开发出一种量子效率高达 190% 的新型量子材料，可以显着推进太阳能交通，包括汽车、卡车和公共汽车。

这种突破性的材料能够有效地捕获广谱阳光，通过为较重的长途旅行提供足够的能量而无需依赖化石燃料，从而解决了太阳能汽车目前的局限性。

将这些高效太阳能电池集成到车辆设计中可以大幅减少碳排放，特别是在公共汽车和卡车等重型车辆中，燃料成本和环境影响是人们关注的重点。

随着这些先进的太阳能电池进一步开发用于实际应用，它们可以改变全球的经济和环境动态。降低车辆运营成本和碳排放可以节省大量资金，并通过清洁空气改善公共健康。

此外，转向太阳能汽车将减少全球对石油的依赖，增强地缘政治稳定性，并促进可再生能源领域创造就业机会。这一转变是迈向可持续全球运输的关键一步，与更广泛的环境目标保持一致，并为更清洁、更可持续的未来铺平道路。

虽然结果令人鼓舞，但在将这种材料商业化之前还有一段路要走。将这种新的量子材料集成到现有的太阳能系统中需要进一步的研究和开发。尽管先进，但生产工艺仍需扩大规模才能在太阳能行业中实际应用。

这项技术的潜在好处是巨大的。通过显着提高太阳能电池的效率，我们可以朝着更可持续的能源解决方案迈进，减少对化石燃料的依赖并减少能源生产对环境的影响。

理海大学 Chinedu Ekuma 教授及其团队的工作代表了光伏领域的重大飞跃。它们的发展挑战了现有的限制，并为可再生能源的未来开辟了新的途径。随着这项技术的进步，它可能会带来更实惠、更高效的太阳能发电系统，使太阳能在全世界范围内更容易获得，并有助于维持全球能源需求。

关于作者

罗伯特·詹宁斯 (Robert Jennings) 与妻子玛丽·T·拉塞尔 (Marie T Russell) 共同出版了 InnerSelf.com。他曾就读于佛罗里达大学、南方技术学院和中佛罗里达大学，研究房地产、城市发展、金融、建筑工程和基础教育。他是美国海军陆战队和美国陆军的成员，曾在德国指挥野战炮兵连。在 25 年创办 InnerSelf.com 之前，他在房地产金融、建筑和开发领域工作了 1996 年。