太阳能电池已经取得了长足的进步，但廉价的薄膜太阳能电池在效率方面仍远远落后于更昂贵的晶体太阳能电池。现在，一组研究人员建议，使用两种不同材料的薄膜可能是制造效率约为 34% 的经济实惠的薄膜电池的方法。

“十年前，我对太阳能电池知之甚少，但对我来说它们非常重要，”宾夕法尼亚州立大学埃文普大学教授兼工程科学与力学教授 Akhlesh Lakhtakia 说。

在对该领域进行调查后，他发现研究人员从两个方面研究太阳能电池，光学方面——研究如何收集太阳光——以及电气方面——研究收集的阳光如何转化为电能。光学研究人员努力优化光捕获，而电气研究人员努力优化电能转换，双方都简化了对方。

Lakhtakia 说：“我决定创建一个模型，在该模型中，电学和光学方面将得到同等对待。” “我们需要提高实际效率，因为如果电池的效率低于 30%，那将不会产生任何影响。”研究人员在最近一期的应用物理快报中报告了他们的结果。

Lakhtakia 是一位理论家。他不在实验室制作薄膜，而是创建数学模型来测试配置和材料的可能性，以便其他人可以测试结果。他说，问题在于优化光学和电气的数学结构非常不同。

他解释说，太阳能电池似乎是简单的设备。透明的顶层允许阳光落在能量转换层上。选择用于转换能量、吸收光并产生向相反方向移动的带负电电子流和带正电空穴流的材料。

带不同电荷的粒子被转移到顶部接触层和底部接触层，将电流引出电池以供使用。电池可以产生的能量取决于收集到的阳光量和转换层的能力。不同的材料对不同波长的光起反应并进行转换。

“我意识到要提高效率，我们必须吸收更多的光，”Lakhtakia 说。 “要做到这一点，我们必须以一种特殊的方式使吸收层变得不均匀。”

这种特殊的方法是在两种不同的薄膜中使用两种不同的吸收材料。研究人员为这些层选择了市售的 CIGS——铜铟镓二硒化物——和 CZTSSe——铜锌锡硫硒化物。就其本身而言，CIGS 的效率约为 20%，而 CZTSSe 的效率约为 11%。

这两种材料在太阳能电池中起作用，因为两种材料的结构相同。根据 Lakhtakia 的说法，它们具有大致相同的晶格结构，因此它们可以一个接一个地生长，并且它们吸收不同的光谱频率，因此它们应该会提高效率。

“太棒了，”Lakhtakia 说。 “他们一起生产了具有 34% 效率的太阳能电池。这创造了一种新的太阳能电池架构——层层叠叠。其他真正能够制造太阳能电池的人可以找到其他层的配方，也许会做得更好。”

根据研究人员的说法，下一步是通过实验创造这些，看看有什么选择可以得到最终的、最好的答案。