如今,光伏產業發展迅速,很多國家都開始了相應的研究,作為清潔能源應用於各種設備,然而,其開路電壓受半導體的帶隙能帶限制,效率較低。科研人員經過研究發現,體光伏效應能夠產生極大的光生電壓,遠遠超過相應半導體的帶隙,但其短路電流異常低,整體發電效率極低,同時,具有體光伏的材料通常受限於寬帶隙非中心對稱材料體系。
最近,Yang, Kim和Alexe 等人在《Science》上報導了撓曲電光伏效應,通過半導體中的應變梯度,可以在任何半導體中產生體光伏效應,同時能產生非常大的光伏電流,並認為通過該效應可以極大提高太陽能電池的效率。
王中林院士領導的鄒海洋博士、張春利博士、薛昊博士和吳治嶧博士等人,從實驗設計出發、通過驗證實驗數據、機制原理、以及結論分析等方面,對該研究論文進行了討論,認為該實驗設計不合理,實驗結果根本無法支撐該物理模型,相關陳述和結論有明顯的誤導和錯誤。相關評論的文章刊登在了《ACS Nano》上。
評論文章從五個角度進行了分析,首先,Yang, Kim and Alexe提供的數據不一致。論文中表示電流會有兩到三個數量級的提升,而支撐材料中大量的數據卻表明電流提高倍數都低於20倍,在納米尺度下,強壓力會引起諸多參數極大地變化,包括AFM 針尖和晶體形變引起接觸面積,接觸電阻等的變化,因而電流發生變化的原因則存在了很多可能性。
第二,論文沒有有效數據證明實驗中是否產生了撓曲電效應以及其強度,只有計算試圖驗證撓曲電的產生,而其實驗設計和實際情況與物理計算模型的基本適用條件完全不符,計算結果將應力梯度極大放大,得到了完全偏離實際的結果。
第三,論文沒有任何有效證據證明該實驗產生了體光伏效應,論文中得出的電流和偏振光角度的變化沒有太大關係,這與體光伏效應的這一特性的典型曲線不符。
第四,論文中沒有數據能體現出撓曲電光伏理論中的極化現象,極化電勢會對I-V兩端曲線產生不對稱的變化,但是論文中卻出現對稱變化,這更可能是壓阻效應的結果,不是極化效應的撓曲電或體光伏。
第五,論文中沒有數據能夠表明撓曲電光伏效應能大大提高太陽能電池的效率以及突破SQ效率限制,太陽光與該文中所用的極化雷射有著極大的本質不同。因為論文中得到的電壓仍在帶隙內,電流的量級依舊非常低,無法得到高效率的光電轉換,也沒有任何理由相信,通過大面積的探針陣列壓在普通太陽能電池上就可以產生體光伏來提高電流,電壓或者效率。而且,在強外力的作用下,探針會影響光吸收、反射、提高電阻,增加了材料的缺陷。
該評論從各個方面進行了論證,得出該實驗無法產生撓曲電光伏效應,無法證明該效應是電流提高的主要原因,因此,撓曲電光伏效應能提高太陽能電池效率的結論是不能成立的。我們看出了我們科研人員的嚴謹認真,不盲從別人的結論,善於從實踐中找答案,能夠擁有這樣一群嚴謹、踏實的科學家,是我們的幸運!
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