Improving photovoltaics by adding extra terminals to extract hot carriers
该论文预测，通过增加额外的端子以在光伏电池中的“热”载流子弛豫之前对其进行选择性提取，其输出功率比最优的两端设计提高 20–40%，这一原理同样适用于多端热电材料。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是对下方论文的AI生成解释。它不是由作者撰写或认可的。如需技术准确性，请参阅原始论文。 阅读完整免责声明
把太阳能电池板想象成一个繁忙的火车站，阳光就像是售票员，向乘客（电子和空穴）发放“能量票”，以便他们前往目的地去从事工作。
问题所在：冲向出口的匆忙时刻
在标准的太阳能电池板（一种“两端”系统）中，只有两个出口：一个供向左走的乘客，一个供向右走的乘客。
- 热情的乘客： 当阳光照射到电池板时，会产生一些精力极其充沛（“热”）的乘客。他们的振动频率与太阳本身的高能量（约 6,000 度）相匹配。
- 冷却效应： 不幸的是，车站的地板很温暖（约 300 度）。当这些热情的乘客冲向出口时，他们会撞到地板，并迅速失去多余的能量，在离开之前冷却到车站的温度。
- 困境： 为了捕捉最多的能量，你希望在乘客还处于“热”的状态时就抓住他们。但如果你建造一个特殊的闸门，只让那些超级热的乘客通过，你就会不小心挡住那些稍晚到达或已经失去能量的较凉乘客。你会得到一些高质量的能量，但会错过人群。如果你把闸门开得很大让所有人通过，你虽然抓住了人群，但他们都太“凉”了，无法做太多功。
解决方案：增加更多的闸门（端点）
研究人员提出了一个简单而聪明的修复方法：增加出口。 不再只有两个闸门，想象一下建造一个四闸门系统。
- 闸门 A（VIP 出口）： 这个闸门有一个特殊的过滤器，只允许那些超级热、高能量的乘客通过。因为他们精力极其充沛，所以可以推开一个沉重的负载（比如一扇重门）并产生大量的功率。
- 闸门 B（经济舱出口）： 这个闸门是为那些能量稍微降低了一些的乘客设计的。他们没那么强壮，所以推开一个较轻的负载，但由于这个闸门对他们开放，他们仍然可以产生相当可观的功率。
通过将人群进行分类，太阳能电池板可以兼得两者之长：它既收获了来自“VIP”的高能，又收获了来自“经济舱”乘客的稳定流量。
结果：更大的收益
该论文使用计算机模型来测试这个想法：
- 理想情况： 在一个完美的、乘客在撞击闸门前不会损失能量的世界里，增加这些额外的端点比旧的两端系统能提升约 40% 的功率输出。
- 现实情况： 在现实世界中，乘客在跑过车站的过程中确实会损失一些能量。即使存在这种“摩擦”，四闸门系统仍然比两闸门系统表现更好，性能提升了 20% 到 40%。
“无限”的想法
研究人员还问道：“如果我们为每一个能量等级都建一个闸门会怎样？”他们发现，如果你能建造一个拥有无限多个微小闸门的系统，每个闸门都针对特定的能量等级进行调节，你就可以捕捉到太阳热能的 80%。然而，最大的效率飞跃发生在从两个闸门增加到四个闸门的过程中。增加更多闸门虽然也有帮助，但收益会变得越来越小。
为什么这很重要
40 年来，科学家们一直试图制造“热载流子”太阳能电池（即捕捉那些热乘客的电池），但由于很难在他们冷却之前抓住他们，这项工作一直面临困难。这篇论文提出，与其试图用一个完美的闸门去捕捉“所有人”，不如直接建造更多具有不同设置的闸门。这使得我们可以同时收获来自热乘客和凉乘客的能量，从而显著提高太阳能电池的功率，而无需完全解决阻止乘客冷却这一难题。
作者指出，这个想法也可以适用于其他将热能转化为电能的设备，而不局限于太阳能电池，并指出纳米线是物理构建这些多闸门系统的极具前景的方式。
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