科学家通过限制太阳能电池的光子发射方向，减少能量损失，将有机太阳能电池效率提升至19.08%，并为突破传统理论极限提供了新思路。
太阳能电池通过吸收阳光发电，但它们也会向外发射光子，造成能量损失。如今，西班牙光子科学研究所(ICFO)的研究人员发现，限制太阳能电池的发光方向，反而能够提高发电效率。
这项研究发表于《Energy & Environmental Science》。
太阳光从天空中极小的一片区域照射到地球，而太阳能电池发出的光却会向许多不同方向传播。这种吸收与发射角度的不匹配会产生所谓的「玻尔兹曼损失」，降低电池的输出电压。
为减少这种损失，研究团队设计了一种特殊的有机太阳能电池。他们使用PM6:Y6材料，以超薄银电极构成一个光学腔，使阳光能够有效进入电池，同时限制内部光子向大角度方向发射。
实验结果表明，这种结构能够减少光子发射带来的损失，提高电池的开路电压。研究团队实现了19.08%的最高光电转换效率，超过传统对照电池的18.23%。
这一发现也挑战了传统太阳能电池效率极限的部分假设。
经典的Shockley–Queisser理论认为，在标准非聚光日照条件下，单结太阳能电池的最高效率约为33.16%。但这一计算假设光子可以不受限制地向外发射。
研究人员指出，如果能够进一步限制发射角度，单结太阳能电池的理论效率上限有望提高到约43%。
需要强调的是，43%属于理论预测，而非本次实验达到的效率。
研究团队认为，这种光学设计原理有望应用于其他太阳能电池，为提高转换效率提供一条不同于传统叠层技术的新路线。
