一种新的既能利用太阳热又能利用太阳光的设备比传统的太阳能电池更高效，传统的太阳能电池只将光转化为电力。

　　该设备基于一种由斯坦福大学的研究人员发现并验证的物理原理。在他们的样机中，太阳光中的能量激发电极中的电子，而阳光中的热量诱导被激发的电子穿过真空区到达另一个电极，产生电流。该设备能将多余的热量送到蒸汽机，把阳光中50%的能量转化为电力——相比传统的太阳能电池，这是一个很大的改进。

　　大多数的硅太阳能电池能将阳光中15%的能量转化为电力。超过一半的太阳能以热量的形式浪费掉了。这是因为太阳能电池中的活性材料只能与特定的光谱发生反应；在某一能量水平之下的光子只能让电池发热。

　　解决这个问题的方法之一是在多结太阳能电池上堆叠活性材料，使其能利用的光谱范围更大，把更多的能量转化为电流而不是热量，效率提高到大约40%。但是制造这样的电池复杂且昂贵。

　　为了寻找更好的利用太阳热能的方式，斯坦福大学的尼古拉斯•梅拉什（Nicholas Melosh）受到了高效废热发电系统的启发，该系统利用气体燃烧时的膨胀作用驱动涡轮机，并用燃烧产生的热量驱动蒸汽机。但是热能转换器无法与传统的太阳能设备很好地匹配。热量越多，热能转换器的效率就越高。而太阳能电池正与此相反，发热时效率就降低。在大约100°C的时候，硅太阳能电池就会运行不良；超过200°C，就根本不工作。

　　当斯坦福的研究人员意识到太阳辐射中的光线可以在不同类型的设备上加强能量转换效率时，突破出现了，它叫做热电子能量转换器，通常是单独由热量驱动的。热电子能量转换器由两个被一小块空间隔开的电极组成。当正极或阴极被加热时，阴极的电子就被激发并到达负极或阳极处，在外电路形成电流。这些设备曾被用来为俄罗斯人造卫星提供电力，但在地面上还没有得到任何应用，因为必须达到很高的温度，约1500°C才能有效运行。这些设备中的阴极通常是由铯等金属制成的。

　　梅拉什的团队用半导体材料晶片替代了阴极的铯，这样既能利用热量也能利用光。当光线到达阴极时，它以一种与太阳能电池类似的方式将能量传递给电子。过去，用于制造阴极的金属中，这种能量传递不会发生，但对于半导体材料来说，这是很常见的。让这些被激活的电子到达阳极不需要太多热量，因此这种新设备的运行温度比传统的热电子转变器低，不过比太阳能电池的温度高。

　　斯坦福的研究人员把这种新的机制称为PETE，即，光子增强热电子发射（photon-enhanced thermionic emission）。“光线有助提高电子的能量水平，以使它们流动，”麻省理工学院的机械工程教授陈刚（Gang Chen）说。“制造出实用的设备还有很长的路要走，但是这一研究表明它是可能的。”他说。

　　斯坦福的团队在本月的《自然材料》（Nature Materials）上介绍了他们的样机，该样机使用了氮化镓作为半导体。在200°C的时候，它能将太阳光中25%的能量转化为电力，且效率随着温度的升高而增加。乔治华盛顿大学的化学教授斯图尔特•里奇（Stuart Licht）表示，这个过程“相比太阳能电池有优势”，因为除了太阳光以外，它还能利用热量。但是他也指出：“要将它变为可行的、更高效的设备，还需要更多的努力。”

　　斯坦福的团队目前正在这个方面努力。研究人员正在测试用更适合太阳能转换的材料制成的设备，包括硅和砷化镓。他们也在研究处理这些材料的方法，使得设备能在400 °C～600 °C的范围内高效运作。他们将使用太阳能集热器吸收太阳光产生这样的高温。

　　即使在这样的高温下，光子增强型热电子转变器可以产生的热量仍然比它消耗的多；梅拉什表示这些热量可以与蒸汽机相连，使太阳能到电力的转换效率超过50%。对于小型屋顶太阳能设备来说，这些系统可能太复杂且昂贵。但对大型太阳能场站来说这是划算的，材料科学和工程教授梅拉什说。他希望三年内能制造出可用于商业应用的设备。