本文来自中国科学院国家科学图书馆《科学研究动态监测快报》“先进能源科技专辑”，由国家能源局向本网供稿。请广大网民参考。

据美国劳伦斯·伯克利国家实验室（简称伯克利实验室）网站3月30日报道，该实验室研究人员最近发现一种在半导体薄膜上发生光伏效应的新机理，它可以克服传统固体太阳电池能带电压的限制。这项发现可能会给未来光伏技术的发展带来曙光。

当研究人员从含有铋铁氧的高铁聚合物中制成一种同时具有电铁和磁铁两种特性的铁酸铋陶瓷时，发现在陶瓷形成菱形晶状结构后的纳米区域中发生了光伏作用；此外，他们还证实了利用电场作用对这种晶体结构加以控制，从而控制光伏的特性。

伯克利实验室物理学家Jan Seidel表示，以前在高铁聚合材料的纳米区域中并没有发现这种现象。目前，研究人员利用其进行设备更高能效的研究。这项研究成果发表于Nature Nanotechnology。

传统固体太阳电池的“心脏”是PN结，连接着具有阳极“空穴”的半导体层和具有阴极电子的另一层。当太阳光子被吸收时，光子能量会产生电子空穴对，在“损耗区”电子空穴对将被分开，从而产生电流。“耗损区”是PN结中数毫米的区域。这一过程中，光子必须穿透材料进入“耗损区”，其能量必须和半导体电子能带的能量精确匹配。

Seidel表示，传统固体光伏装置产生的最大电压等于它们电子能带的能量，即便对于所谓的串联电池，将其中几个半导体PN结叠加起来，光伏效应仍然会受到限制，原因就在于光穿透材料的厚度有限。

通过研究工作发现，当白光照射铁酸铋（一种同时具有铁导电和反铁磁性质的材料）时，在1-2 nm范围的亚微米区域中发生了光伏现象，值得注意的是，这些光伏高于铁酸铋的电子能带的能量。铁酸铋的能带能量等于2.7 V，而通过这种方法获得在200 µm距离的能量大约有16 V。此外，这一电压原则上呈线性增加，这表明距离越远，电压越高。

继这项新的光伏发电机理之后，畴壁(穿过铁聚合物的二维薄片过渡区)被分割成具有不同磁铁或电铁性质的片区。他们发现这些畴壁还能起到和耗损区相同的作用（将电子空穴对分开）。许多尺寸更小的畴壁能够从侧面堆叠起来，光线仍能达到，这样轮流作用使光伏电压数值提高，以至使高于材料电子能带变为可能。

发生光伏效应是因为畴壁中铁酸铋极化方向的变化导致了静电势能阶跃。通过对铁酸铋衬底退火处理，材料的菱形晶体被诱使形成能够使电场极化方向改变71度、109度或180度的畴壁，研究人员测量了角度为71度和109度畴壁的光伏能量。71度畴壁表现出单向平面极化队列，并产生一系列势能电压阶跃。而109度畴壁的势能阶跃高于71度畴壁，表现出两种在相反方向运动的平面极化变量。

研究人员能用200 V的电脉冲逆转这种光伏效应的极性或者使之停止。这种光伏效应的控制方式从未在传统光伏系统中报道过，这有望开启纳米光学和纳米电子学的新应用。（魏凤  编译）