今天大多数的太阳能电池板捕获阳光，并将其转化为电力，只有面对天空的一面。如果太阳能电池板黑暗的底面也能转换从地面反射的阳光，就可能产生更多的电能。
双面太阳能电池已经使太阳能板可以垂直放置在地面或屋顶上，甚至水平放置在加油站的顶棚上，但目前还不清楚这些太阳能板最终能产生多少电力，也不知道它们能节省多少钱。
一个新的热力学公式表明，考虑到不同的地形，如草地、沙地、混凝土和泥土，组成双面太阳能板的双面电池比今天单面太阳能板产生的太阳能平均多15%到20%。
由普渡大学(Purdue University)的两位物理学家开发的这个公式，可以在几分钟内计算出双面太阳能电池在各种环境下(根据热力学极限的定义)能产生的最多电量。
这个公式只包含一个简单的三角形，但要将极其复杂的物理问题提炼成这个优雅简单的公式，需要多年的建模和研究。这个三角关系将帮助企业在投资下一代太阳能电池时做出更好的决定，并找出如何将它们设计得更有效率。
在一篇发表在《美国国家科学院学报》上,阿拉姆和合作者Ryyan汗,现在东西大学助理教授在孟加拉国,也显示了如何使用公式计算的热力学限制太阳能电池发展在过去的50年中。这些结果可以推广到未来20到30年可能开发的技术上。
希望这些计算能够帮助太阳能发电厂充分利用双面电池的优势。
“用了将近50年的时间，单面细胞才以一种经济有效的方式出现在该领域，”Alam说。“这项技术非常成功，但我们现在知道，我们无法再显著提高它们的效率或降低成本。我们的公式将在更短的时间内指导和加速双面技术的发展。”
这篇论文或许及时解决了这个问题:专家估计，到2030年，双面太阳能电池将占全球太阳能电池板市场份额的近一半。
阿拉姆的方法被称为“肖克利-奎塞尔三角形”，因为它建立在研究人员威廉肖克利和汉斯-约阿希姆奎塞尔对单面太阳能电池最大理论效率的预测之上。这个极大值点，或热力学极限，可以在形成三角形的向下倾斜的线图上确定。
该公式表明，双面太阳能电池的效率增益随着表面反射光的增加而增加。例如，与有植被的表面相比，从混凝土反射回来的光可以转化更多的能量。
研究人员利用这一公式，为农田上的面板和人口稠密城市中建筑物的窗户推荐更好的双面设计。透明的双面太阳能板让太阳能在农田里产生，而不会产生影响农作物生产的阴影。与此同时，为建筑设计双层窗户将有助于城市使用更多的可再生能源。
这篇论文还推荐了一些方法，通过控制被称为结的半导体材料之间的边界数来最大限度地提高双面电池的潜能，从而促进电流的流动。与单面细胞相比，具有单一连接的双面细胞提供了最大的效率增益。
“相对增益很小，但绝对增益很大。你失去了最初的相对利益，因为你增加连接的数量，但绝对收益继续上升，”汗说。
这篇论文中详细介绍的配方经过了彻底的验证，可供公司在决定如何设计双面电池时使用。
——文章发布于2019年12月18日
