根據《Live Science》報導，物理學家開發出一種全新方法，可以在千兆分之一秒（飛秒，10⁻¹⁵秒）內將電子「彈射」穿越太陽能材料——這項突破可能為下一代高效太陽能電池鋪平道路。

這項研究由德國弗勞恩霍夫研究所（Fraunhofer Institute）和哥廷根大學的聯合團隊完成，發表在《Nature Physics》期刊上。研究團隊使用超短脈衝雷射照射鈣鈦礦（perovskite）薄膜，發現在特定條件下，電子可以被「彈射」到遠超正常擴散速度的距離——移動速度是傳統擴散機制的數百倍。

在太陽能電池中，效率的關鍵瓶頸之一就是光生電子的「收集效率」。當光子打到半導體材料上並產生電子-電洞對時，這些電子需要在重新結合（recombination）之前被電極收集。電子移動得越快、越遠，損失就越少，電池效率就越高。

研究團隊發現的「彈射」效應源於一種叫做「聲子輔助隧穿」（phonon-assisted tunneling）的量子力學機制。簡單來說，當雷射脈衝在材料中產生特定頻率的晶格振動（聲子），這些振動會像彈弓一樣將電子「彈射」穿越能量障壁，到達原本靠正常擴散無法觸及的距離。

目前商業鈣鈦礦太陽能電池的效率紀錄約為33.7%（由 Oxford PV 在2025年創下）。研究團隊認為，如果「電子彈射」效應可以在實際電池設計中被利用，理論效率上限可能推高到40%以上——這將跨越太陽能產業長期追求的效率門檻。

不過，從實驗室發現到商業應用的路還很長。聲子彈射效應目前只在超低溫和超短脈衝條件下被觀測到，如何在常溫、穩態光照下重現這個效果是下一步的核心挑戰。

📰 本文資料來源 • 原始報導：Live Science • 研究發表：Nature Physics • 研究機構：Fraunhofer Institute、哥廷根大學 • 產業參考：Oxford PV 鈣鈦礦電池效率紀錄33.7%