------僅用一種半導體材料形成了多種帶隙

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(jù)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(fā)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(fā)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(fā)生混合時，半導體會在帶隙形成中間帶的狀態(tài)。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(fā)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(fā)其商業(yè)用途，讓它在市場上發(fā)揮作用。