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鎵氮砷合金材料太陽能電池效率達40%

發布時間:2011-01-30 來源:科技日報

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  • 使太陽能電池效率達40%


硅太陽能電池的效率一般只能達到20%,效率更高的電池都很復雜,也很昂貴。據美國物理學家組織網1月24日報道,美國勞倫斯·伯克利國家實驗室科研人員伍雷戴克·瓦盧克維領導的研究小組,用一種名為鎵氮砷(GaNAs)合金的特殊材料和簡單的組合方法,使他們制造的多帶型太陽能電池效率達到40%以上。研究論文發表在近日出版的《物理評論快報》上。

在標準半導體太陽能電池中,帶隙將電池分成導帶和價帶,靠光子激發帶隙兩邊的電子—空穴對來產生電流。只有能量超過帶隙的光子能產生電流,這導致了太陽能能量轉化的門檻:小的帶隙能吸收更多光子,產生更大電流但電壓不足,而大的帶隙能產生更大電壓卻電流有限,因此大部分太陽光子不能被吸收。

這一門檻意味著,要讓太陽能電池更高效,必須在不同的板層用不同的帶隙進行復雜的疊裝,讓電池不同部分吸收不同的太陽光譜。瓦盧克維說:“將某些半導體混合能有效提高太陽能電池的效率,但這種方法一般很復雜。目前效率達到40%的太陽能電池通常要18層半導體,而我們的技術只要4層到5層。”

GaNAs半導體合金具有獨特的電子帶狀結構,能使太陽能電池效率更高。瓦盧克維小組通過工程改良方法,用GaNAs合金制造了一種單一材料的多帶型太陽能電池(Multiband Solar Cells),能吸收多波段的太陽光譜。

“多年來科學家一直在研究混合半導體,改良材料屬性。但他們在研究那些容易混合的半導體,而我們研究的材料很難被混合,必須使用特殊的強制方法。”當發生混合時,半導體會在帶隙形成中間帶的狀態。瓦盧克維說:“其他高效太陽能電池形成不同帶隙時用了多種半導體材料,而我們開發的半導體非常簡單,只含有一種材料,卻形成了多種帶隙。”

研究人員表示,估計用GaNAs合金制造太陽能電池效率將超過40%,而且比目前能達到這一效率的電池更加簡單,更容易制造,應用市場更為廣泛,在成本上也更合算。他們的目標是開發其商業用途,讓它在市場上發揮作用。

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