【半導體漏斗可以提高太陽能電池】

明道

【半導體漏斗可以提高太陽能電池】

 

 

良策激子為更好的太陽能電池

在美國和中國的研究人員通過電腦類比可能導致跨一系列廣泛的太陽光譜高效工作的太陽能電池。

新的概念被稱為"太陽能漏斗"，提供使用應變修改帶隙的半導體，以便它對光的不同波長的範圍內做出回應的方式。

然而，漏斗尚未作出和測試實驗室 — — 中一些研究者建議在實際設備中使用這些可能會引起問題。

太陽能電池的基本工作原理是在半導體材料的價帶電子吸收一個光子和跳進傳導帶跨能源"帶隙"。

結果是一個電子和一個正電荷的孔，通過半導體不能單獨移動，但而是形成一個綁定的國家所謂的激子。

若要提取電力能源，電子收集在一個電極上另一個洞。

來自太陽的光是在一系列的波長，因此理想的太陽能電池應將此廣泛轉換成電效率非常高。

不幸的是，固定的帶隙的半導體不是很擅長這樣做的。

尤其是，較長波長的光子並沒有足夠的能量，使電子束跳帶隙和不會被轉換成電能。

將轉換以大於帶隙能量的光子，但無論他們的能量只會製造只是一個 electron–hole 對。

任何多餘的能量將會在半導體熱而消失。

調整帶隙

解決這個問題的一種方法是創建級聯組成幾層半導體，每個不同帶隙的太陽能電池。

然而，這些是複雜和昂貴的產品。

現在 Ju 李和西安交通大學、 北京大學與美國麻省理工學院的同事們說他們找到了一種方式調整單個圖層的原子內的帶隙。

技術基於彈性應變工程，已由電子工業的用來提高矽電晶體的性能的方法。

雖然沒有強大到足以維持必要製造更好的太陽能電池的彈性應變矽晶體，是一些其他半導體。二硫化鉬，例如，有一種層狀的晶體結構 — — 與正在極強的單個圖層。

該材料具有較大帶隙的 1.9 eV 零應變所以大多數太陽能將不被吸收的情況下通過。

然而，當添加時應變，不斷還是由樂隊的差距縮小到 1.1 eV — — 是相同的矽。

小組提出了利用電腦模型的機械和電子的二硫化鉬的單個圖層的屬性及其計算。

圖層，然後夾在邊緣以確保小縮進留在原地並定期縮進與原子力顯微鏡的尖端上作了計算。

計算表明帶隙會週期性改變，可以作為函數的結構上的位置。

此外，類比程式說明波浪帶隙會允許工作表以吸收與各種不同的能量的光子和"漏斗"朝向中心由此產生激子小樂隊的差距在哪裡。

小組認為此定向漂移為光子與 1.1–2 之間的能量提供了一種手段 eV 通過收集漏斗裡的多個點的激子高效地收穫。

駕駛激子

李解釋說這個梯度帶隙中的將允許激子以電磁感應駛向電極。

這將使他們能夠收集更快比傳統太陽能電池設計中激子凡對電極彌漫性。

這可以使太陽能電池更高效，解釋了李:你想要吸收光譜的不同部分，然後收集激子之前他們重組或失去他們的能量對聲子。

與具有此漏斗和漂移而不是隨機激子散步這激將協助在此激子收集過程中，他補充說。

在匹茲堡的卡內基-梅隆大學迪肖是連續的帶隙修改使用彈性應變團隊的預測留下深刻的印象。

然而，他表明集團將會遇到將其研究應用到實際的太陽能電池，往往須比單個圖層厚得多，以最大限度地光吸收的實際困難：在傳統的矽太陽能電池中光有旅行內那矽、 很長的路，所以它更大的機會將被吸收。

但在單分子膜，一旦它可通過材料就走了。

另一個研究員，太陽能電池設計的專家位要求不具名，是更加懷疑，懷疑這一概念由於停止光與原子的單層的困難會在太陽能電池中實際使用。

他也是令人懷疑是可行的通過使用太陽能漏斗方法收穫任何額外的能量。

這項研究發表在自然光子學。

關於作者

Tim Wogan 是一個設在英國的科學作家

 

 

引用：http://physicsworld.com/cws/article/news/2012/dec/04/semiconductor-funnel-could-boost-solar-cells