镓氮砷合金材料太阳能电池效率达到40%

据美国物理学家组织网1月24日报道，美国劳伦斯·伯克利国家实验室科研人员伍雷戴克·瓦卢克维领导的研究小组，用一种名为镓氮砷(GaNAs)合金的特殊材料和简单的组合方法，使他们制造的多带型太阳能电池效率达到40%以上。

硅太阳能电池的效率一般只能达到20%，效率更高的电池都很复杂，也很昂贵。据美国物理学家组织网1月24日报道，美国劳伦斯·伯克利国家实验室科研人员伍雷戴克·瓦卢克维领导的研究小组，用一种名为镓氮砷(GaNAs)合金的特殊材料和简单的组合方法，使他们制造的多带型太阳能电池效率达到40%以上。研究论文发表在近日出版的《物理评论快报》上。

在标准半导体太阳能电池中，带隙将电池分成导带和价带，靠光子激发带隙两边的电子—空穴对来产生电流。只有能量超过带隙的光子能产生电流，这导致了太阳能能量转化的门槛：小的带隙能吸收更多光子，产生更大电流但电压不足，而大的带隙能产生更大电压却电流有限，因此大部分太阳光子不能被吸收。

这一门槛意味着，要让太阳能电池更高效，必须在不同的板层用不同的带隙进行复杂的叠装，让电池不同部分吸收不同的太阳光谱。瓦卢克维说：“将某些半导体混合能有效提高太阳能电池的效率，但这种方法一般很复杂。目前效率达到40%的太阳能电池通常要18层半导体，而我们的技术只要4层到5层。”

GaNAs半导体合金具有独特的电子带状结构，能使太阳能电池效率更高。瓦卢克维小组通过工程改良方法，用GaNAs合金制造了一种单一材料的多带型太阳能电池(MultibandSolarCells)，能吸收多波段的太阳光谱。

“多年来科学家一直在研究混合半导体，改良材料属性。但他们在研究那些容易混合的半导体，而我们研究的材料很难被混合，必须使用特殊的强制方法。”当发生混合时，半导体会在带隙形成中间带的状态。瓦卢克维说：“其他高效太阳能电池形成不同带隙时用了多种半导体材料，而我们开发的半导体非常简单，只含有一种材料，却形成了多种带隙。”

研究人员表示，估计用GaNAs合金制造太阳能电池效率将超过40%，而且比目前能达到这一效率的电池更加简单，更容易制造，应用市场更为广泛，在成本上也更合算。他们的目标是开发其商业用途，让它在市场上发挥作用。