下一代太阳能：日本研究人员实现 BPVE 突破
在传统的太阳能电池中，两个不同掺杂的半导体层形成一个 p-n 结。在它们的交界处，会产生内部电场。当光线照射到电池上时，会产生电子和带正电的电子。电场迅速将它们驱向相反的方向，从而产生电流。然而，这种基本设计对电压和效率有一个内在的物理限制，即Shockley-Queisser 限制。.实际上，即使在理想的日照条件下，也只能将大约三分之一的光能转化为电能。
这就是体积光伏效应（BPVE）发挥作用的地方。(BPVE) 的作用。与传统太阳能电池不同，它不依赖于 p-n 结或内部电场。相反，它利用了某些缺乏镜面对称性的晶体的独特原子结构。当两种对称性同时被打破时，就会产生这种效果：首先，必须不存在空间镜像对称性，从而使不对称的原子排列在光线照射下优先将电子推向一个方向。其次，时间反转对称性必须被磁性材料打破，这样电子的前后运动就不再相等。当这两个条件都满足时，光就能产生电流--不需要结点，也超越了肖克利-奎塞尔极限。
京都研究人员实现 BPVE 突破--可通过磁性控制太阳能电池
由物理学家松田和成领导的京都大学研究小组首次开发出了一种没有传统 p-n 结的太阳能电池，它同时满足了两个临界条件：
- 单层原子级薄半导体层确保了材料缺乏镜面对称性。
- 底层的磁性晶体进一步打破了时间反转对称性。
京都大学于6 月 24 日宣布了这一突破。这使得体光伏效应（BPVE）得以充分发挥：光直接驱动电子朝一个方向运动，无需内部电场即可产生电流。磁性晶体的功能就像一个可微调的控制旋钮--施加外部磁场可以打开或关闭电流，或调节其强度。从理论上讲，基于 BPVE 的太阳能电池可以从太阳光中获取更多能量，同时具有超薄、灵活甚至可通过磁场进行调节的特点。
这项长达八页的研究发表在Nature Communications 上。可免费在线查阅。虽然京都大学没有提供商业化的时间表，但这项技术仍处于早期开发阶段。不过，在不久的将来，这种技术可能会出现一些潜在的应用--不仅在能源生产领域，在传感器技术领域也是如此。例如，超薄 BPVE 薄膜可以作为标签、可穿戴设备或环境监测设备上的自供电 "微型发电厂"。这些薄膜不仅能为温度、湿度或运动传感器供电，其磁性可调性还能检测光强度、磁场甚至光偏振--所有这一切都在一个几乎看不见的薄膜层中实现。
