加州斯坦福大學的工程師們開發了一種能夠同時使用太陽輻射的光和熱，使現有太陽能電池技術的功效增加一倍的新工藝。

這種被稱為“光子增強的熱電子發射”（PETE）的技術在降低太陽能生產成本方面極具潛力，足以與石油競爭，成為一種切實可行的能源來源。

“這的確是一個概念性的突破，一種新的能量轉換方式，而不僅僅是一種新材料或技術上稍稍的調整。”領導研究小組的材料科學和工程助理教授Nick Melosh說。

一個由銫涂層鎵氮化物制造的小型PETE設備，在超高真空室內測試時發光了。圖片由Nick Melosh提供

大多數光伏電池使用的半導體材料，例如硅，都是把光子的光轉換為電力。然而，只有光譜的一部分能夠被使用，其余的則用于產生熱能。

因此在最初的階段，當太陽能傳輸到太陽能電池時，其廢熱損失超過了50%。

科學家們相信，如果這些廢熱也能被使用，太陽能電池的功效將更大。熱能轉換系統需要在高溫下操作，但太陽能電池的功效在更高的溫度下將迅速降低。

因此，Melosh和他的同事發明了一種結合熱能和太陽能電池轉換技術的方法。他們在半導體材料上涂上一層薄薄的金屬銫，這將使它能夠同時使用光和熱來發電。

“我們演示了一個新的物理過程，它并不以標準的光伏機制為基礎，但可以為你提供光伏電池在極高溫度下的反應。” Melosh說。

“事實上，它在高溫下表現更好，溫度越高則越好。”他補充說。

傳統的光伏系統不能夠產生足夠的廢熱以供熱能轉換。事實上，大多數硅太陽能電池在溫度達到100攝氏度時已經毫無用處。

然而，PETE設備則在溫度超過200攝氏度時才達到其最高功效，因此它非常適合用于制造可用的高溫廢熱。該設備適用于太陽能聚光器，因為該設備可以達到800度高溫。

“太陽光進入并首先傳入我們的PETE設備，在那里我們將同時利用入射光和它產生的熱能，然后我們把廢熱導入熱能轉換系統。”Melosh解釋說。

根據研究小組的計算，在太陽能光熱結合的基礎上該過程的功效能夠提高50%，如果再結合熱能轉換周期，其功效將能夠再提高55%到60% ――幾乎是現有系統的3倍。

當然，這些數據更多的還僅限于理論，因為PETE設備目前還處于測試和開發的階段。

研究員在證明這個概念的測試中選擇使用氮化鎵半導體，是因為它是目前僅有的能夠經受高溫的材料。盡管功效的測試結果遠低于之前計算的潛在功效，但這也是研究員們所預期的。

研究小組相信，只要使用合適的材料（最有可能的是砷化鎵半導體），該過程的實際功效將有可能達到計算的功效。

“即使我們不能達到完美的效率，比方說我們使太陽能的轉換效率提高了10%，或者20%到30%，總體來說仍然提高了50%。”Melosh指出。

PETE設備的另一個優點是，當用于太陽能聚光器時，它所需要的半導體材料數量非常小。

太陽能開發的一個阻礙是它的材料成本非常高。因此，減少建設太陽能發電場的投資將會是一項巨大的成功，使太陽能能夠與石油競爭。

斯坦福大學的全球氣候與能源項目，以及斯坦福大學與SLAC國家加速器實驗室的合作研究機構――斯坦福物料和能源科學研究所，為該太陽能研究提供了資金。美國能源部和國防部高級研究項目署也為此提供了額外的支持。