据《每日科学》4月1日报道，美国劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory ）的研究员们发现了光伏技术的一种新方法。这种方法克服了传统固态太阳能电池的带隙电压限制，可以让半导体薄膜材料发生光伏效应。

研究小组使用的是铋铁氧体。这是一种利用铋、铁和氧制作的多铁性陶瓷，同时显示出铁电和铁磁两种性质。铁电性是指通过电场逆转，材料的自发电极化；而铁磁性指物质表现出{yj}磁矩的特性。

研究人员发现，铋铁氧体具有三方晶体的扭曲结构，因此可以在纳米空间中产生光伏效应。此外，研究人员可通过电场操纵晶体结构，从而控制其光伏性能。

“我们很高兴在多铁氧体材料的纳米空间找到了以前没有发现的功能。”让·赛德尔（Jan Seidel）说。他是一名物理学家，任职于伯克利实验室材料科学部和加州大学伯克利分校物理系。他补充说：“我们现在正在把这个概念运用到生产xxx率的能源设备上。”

传统固态太阳能电池的核心部件有一个正-负极联接，也就是正极半导体层和负电子层之间的联接。当电池吸收来自太阳能的光子时，光子的能量会产生电子空穴对，这些空穴对在耗竭区分开，也就是微小的正负联接区，然后被收集为电力。然而，这个过程需要光子穿透耗竭区的物质。他们的能量也必须xx地匹配半导体的电子能带隙能量，也就是半导体价带和传导能带之间的差距，这里没有电子状态的存在。

“传统固态光电器件可以产生的{zd0}电压等于其电子能隙，”赛德尔说，“即使是所谓的串联细胞，其中有一些半导体正负联接的堆积，他们能产生的光电电压也是有限的，因为光穿透的深度是有限的。”

研究人员发现，用白光照射铋铁氧体可以在1至2纳米宽的微观区域内产生光电电压。这种电压显著高于铋铁氧体的电子带隙。“铋铁氧体带隙能量相当于2.7伏特。而测试表明，我们的新方法可以在200微米的距离内产生约16伏特的电压。此外，这个电压在原则上是线性可扩展的，这意味着其中的距离越大，可产生的电压也就越高。”

新方法还采用了光伏发电畴壁，这些畴壁通过多铁氧体材料的二维薄层作为过渡区，可分开不同的铁电或铁磁性能。铋铁氧体的极化方向在畴壁上发生改变，从而可以产生静电势。该材料的菱形晶体能够被诱导形成畴壁，可以71度、109度或180度地改变电场极化，从而产生光伏效应。

赛德尔和他的同事们还可以使用200伏的电脉冲来扭转光伏效应的极性或将其xx关闭。这种光伏效应的可控性从来没有在传统的光伏系统中出现，这种新方法为纳米光学和纳米电子学的新应用铺平了道路。

图：铋铁氧体薄膜的纳米级图像显示71度畴壁（domain wall）（上图）和109度畴壁（下图）的有序阵列。通过改变铋铁氧体的极化方向，畴壁可提升光伏效应。（来源：Jan Seidel， Lawrence Berkeley National Laboratory ）