突破性的 190% 效率：太陽能電池板的未來

: By 羅伯特詹寧斯，InnerSelf.com

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經過六年的開發，這家荷蘭科技新創公司的太陽能電動車（名為「the 0」）已準備好首次亮相。這款創新車輛無需充電即可行駛數月，為電動交通的效率樹立了新標準。

里海大學的研究人員開發出一種新的量子材料這可以極大地改變太陽能電池板的效率。這種創新材料結合了銅、硒化鍺 (GeSe) 和硫化錫 (SnS)，其外量子效率 (EQE) 高達 190%。這個數字超過了傳統的效率極限，這表明太陽能收集的突破性進展。

了解效率突破

太陽能電池將陽光轉換為電能，其有效性透過 EQE 來衡量，傳統上最高值為 100%。 100% 的效率意味著每個光子都會產生一個電子。然而，Lehigh 開發的新材料採用了一種稱為多激子生成 (MEG) 的機制，其中高能量光子可以產生多個電子，從而將效率提升到 100% 以上。

這種材料的獨特之處在於它使用了「中帶態」——材料內的特定能階，增強了其轉換太陽能的能力。這些能階非常適合利用傳統太陽能電池會浪費的光子。該材料透過吸收紅外線和可見光譜中的額外光來利用更廣泛的太陽光譜，從而提高發電量。

創新背後的科學

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以 CuxGeSe/SnS 作為活性層的薄膜太陽能電池示意圖。圖片來源：Ekuma 實驗室/理海大學

該材料令人印象深刻的性能源於分子層面的精確結構操縱。透過將銅原子插入 GeSe 和 SnS 層中，研究人員創建了一種緊密束縛的二維結構，可實現獨特的光子與材料的相互作用。這些相互作用發生在范德華間隙內——銅原子所在的材料層之間的微小空間。

透過廣泛的電腦模擬和實驗方法，該團隊已經磨練了一種技術，可以精確放置銅原子，最大限度地減少聚集等可能損害材料性能的不良影響。

展望未來：挑戰與機遇

裡哈伊大學的研究人員開發出一種量子效率高達 190% 的新型量子材料，可以顯著推進太陽能交通，包括汽車、卡車和巴士。

這種突破性的材料能夠有效地捕捉廣譜陽光，透過為較重的長途旅行提供足夠的能量而無需依賴化石燃料，從而解決了太陽能汽車目前的局限性。

將這些高效能太陽能電池整合到車輛設計中可以大幅減少碳排放，特別是在巴士和卡車等重型車輛中，燃料成本和環境影響是人們關注的重點。

隨著這些先進的太陽能電池進一步開發用於實際應用，它們可以改變全球的經濟和環境動態。降低車輛營運成本和碳排放可以節省大量資金，並透過清潔空氣改善公共健康。

此外，轉向太陽能汽車將減少全球對石油的依賴，增強地緣政治穩定性，並促進再生能源領域創造就業機會。這項轉變是邁向永續全球運輸的關鍵一步，與更廣泛的環境目標保持一致，並為更清潔、更永續的未來鋪路。

雖然結果令人鼓舞，但在將這種材料商業化之前還有一段路要走。將這種新的量子材料整合到現有的太陽能係統中需要進一步的研究和開發。儘管先進，但生產流程仍需擴大規模才能在太陽能產業中實際應用。

這項技術的潛在好處是巨大的。透過顯著提高太陽能電池的效率，我們可以朝著更永續的能源解決方案邁進，減少對化石燃料的依賴並減少能源生產對環境的影響。

理海大學 Chinedu Ekuma 教授及其團隊的工作代表了光伏領域的重大飛躍。它們的發展挑戰了現有的限制，並為再生能源的未來開闢了新的途徑。隨著這項技術的進步，它可能會帶來更實惠、更有效率的太陽能發電系統，使太陽能在全世界更容易獲得，並有助於維持全球能源需求。

關於作者

羅伯特·詹寧斯 (Robert Jennings) 與妻子瑪麗·T·拉塞爾 (Marie T Russell) 共同出版了 InnerSelf.com。他曾就讀於佛羅里達大學、南方技術學院和中佛羅里達大學，研究房地產、城市發展、金融、建築工程和基礎教育。他是美國海軍陸戰隊和美國陸軍的成員，曾在德國指揮野戰砲兵連。在 25 年創辦 InnerSelf.com 之前，他在房地產金融、建築和開發領域工作了 1996 年。