《科學(xué)進(jìn)展 - Science Advances》雜志最近發(fā)布的一篇論文顯示，三層不同鐵電晶體(在這種情況下是鈦酸鋇、鈦酸鍶和鈦酸鈣)的晶格排列，讓太陽(yáng)能電池的光伏效 應 提高1,000倍。

研究成果來(lái)自德國馬丁路德大學(xué)哈雷-維滕貝格(MLU - Martin Luther University Halle-Wittenberg)。研究人員將三層不同鐵電晶體(鈦酸鋇、鈦酸鍶和鈦酸鈣)的晶格重新排列，不同材料的超薄層結合起來(lái)產(chǎn)生了強大的太陽(yáng)能光電效應，能升1,000 倍。

目前大多數太陽(yáng)能電池都是硅基結構，研究認為，硅基太陽(yáng)能的理論光電效率大約在29%左右，目前已接近極限。為了進(jìn)一步提升光電轉化效率，研究人員開(kāi)始嘗試砷化鎵、疊層、多結、鈣鈦礦等新材料，鐵電體就是一個(gè)方向。

鐵電晶體與傳統硅電池的不同之處在于它們不需要pn 結來(lái)產(chǎn)生光伏效應，不需要在電池內創(chuàng )建正摻雜層和負摻雜層。研究人員認為，鐵電意味著(zhù)材料在空間上分離了正電荷和負電荷，電荷分離導致不對稱(chēng)結構，光能轉變成電能，這種變化可以使材料更容易發(fā)電。

鈦酸鋇就是一種鐵電體材料，由鋇和鈦制成的混合氧化物，然而純鈦酸鋇不會(huì )吸收太多陽(yáng)光，它產(chǎn)生的光電流相對較低。MLU研究人員一直在試驗用鈦酸鋇結合不同材料的超薄層，試圖顯著(zhù)提高電池發(fā)電量。

研究人員將鈦酸鋇嵌入鈦酸鍶和鈦酸鈣之間，在電池中添加了一層薄的順電層。盡管該層沒(méi)有分離的電荷，但在某些條件下如在低溫下或化學(xué)結構稍有改變時(shí)它可以變成鐵電體。

當鐵電層與兩個(gè)不同的順電層交替時(shí)，晶格層之間的相互作用似乎導致了更高的介電常數，光電子能夠更容易地流動(dòng)，產(chǎn)生了更強的光伏效應。

研究人員再將激光照射電池以測試新材料，結果令他們感到驚訝。與類(lèi)似厚度的純鈦酸鋇相比，盡管鈦酸鋇的比例減少了近三分之二，三種不同的材料在晶格中周期性排列，鐵電材料與順電材料交替使用，電流強度高達 1,000 倍。

與純鐵電體相比，層狀結構在所有溫度范圍內都顯示出更高的發(fā)電量，晶體也明顯更耐用，不需要特殊包裝。研究人員將進(jìn)行進(jìn)一步的研究，以準確找出導致超強光電效應的原因。