奧地利、美國和德國科學家提出一種新穎太的陽能電池設計，是利用絕緣介面的高導電性電子氣(electron gas)來取代原本的金屬導線。絕緣介面間的導電性電子氣約發現於十年前，若能降低這些層狀絕緣結構的製造成本，此研究將可望發展出新型高效能光伏元件。
科學家於2004年發現，若在絕緣材料鈦酸鍶(SrTiO3)上成長單層絕緣鈦酸鑭(lanthanum titanate)，由於極性氧化物的邊緣在接觸非極性氧化物時會造成電荷的累積，介面間會產生高導電的二維電子氣(two-domensioanl electron gas, 2DEG)。
根據維也納科技大學、美國橡樹嶺(Oak Ridge)國家實驗室及維爾茨堡(Wurzburg)大學研究人員最新的理論計算，此絕緣介面的高導電性電子氣可望用來取代太陽電池中的金屬導線。太陽電池依賴光電效應，光子將共價帶的電子激發至導電帶，留下帶正電荷的電洞；電子與電洞必須在復合或將能量轉移給晶格振盪(即聲子)前加以採集。
鈦酸鑭等極性氧化物具有內部電場，此極性有助於分離電子與電洞。當極性氧化物與適當的非極性氧化物結合時，介面處會變成金屬性，能藉此將電子與電洞從元件兩側取出，可避免傳統太陽電池因覆蓋金屬線而隔絕部份光線到達主動區的問題。
材料的能隙為其傳導帶與共價帶的能量差，光子能量若低於能隙便無法產生電子電洞對，反之雖可形成電子電洞對，但多餘的能量卻會以熱的形式散失。因此，光伏材料的能隙須夠低以吸收足夠的太陽光子，但同時又要夠大才能盡量從光子獲得能量。可見光的能量在1.5-3.5 eV，研究人員選擇能隙1.1 eV的釩酸鑭(LaVO3)，並以密度泛函理論模擬在鈦酸鍶基板上成長單層釩酸鑭的新穎太陽電池設計。儘管無法準確預測元件效率，他們認為此設計的仍具有其優勢且值得進一步研究。
研究人員認為在釩酸鑭上製作單層高鐵酸鑭(lanthanum ferrateel, LaFeO3)可提升太陽電池效率。高鐵酸鑭的能隙為2.2 eV，故可吸收效較高能光子。他們表示此類太陽電池也許具有市場競爭力，但仍需時間發展，而目前有設備與先進薄膜技術能製作出此類異質結構的團隊並不多。詳見Phys. Rev. Lett. Vol. 110 078701。 |