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太陽能廉價之道:用金屬氧化物代替硅

眾所周知,傳統的太陽能電池都是用漂亮但昂貴的硅晶體制成的,而最近,來自加利福尼亞大學和伯克利實驗室的研究者們發現了一種可以用任何半導體材料制作太陽能電池的方法。這一研究成果很可能將打開廉價太陽能應用的大門。

市面上幾乎所有的太陽能電池板都是這樣制作的:從一大塊硅晶上切下兩片薄片(每片厚度約為200微米,即0.2毫米),再在上面涂上一層涂層來增強光伏效應(含磷物質和溴分別被用來制造N型和P型硅片)。然后將這兩片硅片疊壓在一起,上下接上電極,再在這一整套裝置外包上保護性玻璃——看,一塊標準太陽能電池就做好了。

從理論上講,你其實可以在任何半導體材料上涂上涂層來制作太陽能電池。但不幸的是,那些更便宜且更易獲得的材料(如氧化銅)無法很好的保持表面的涂層,并最終會導致PN結的解體;硅片可以很好的保持表面涂層,但卻非常昂貴。

為了解決這一問題,加利福尼亞的研究者們開發出了一種新型的太陽能電池,被稱作"屏蔽加工場效應光伏電池(screening-engineered field-effect photovoltaics)",縮寫為SFPV。與傳統方法直接在材料上施敷涂層不同,這一新工藝使用微型電場來實現相同的效果。只要這個電場持續存在,PN結就可以一直保持,這塊光伏電池也就會持續產生電能。維持這個電場所需的能量也明顯小于光伏效應產生的能量。

SFPV電池結構圖。

SFPV電池結構圖。

電場效應其實并不是什么新發現(工科男女都聽說過場效應晶體管吧?),但將其應用在光伏電池中卻是很新奇的想法。加州大學和伯克利實驗室的研究者們遇到的主要障礙是:在這一方案中,半導體材料上方需要一層觸點來產生電場,但很顯然這層導體會擋住到達電池的陽光。他們提出的解決方案也并不復雜:要么使用一層很薄的導體,比如石墨(它是透明的),或者使用很多片狹窄的鰭狀導體(如上圖所示)。

那下一步呢?“這項研究為多種半導體材料(如許多金屬氧化物、硫化物和磷化物)在光伏電池中的實際應用打開了大門。目前,我們正在試著為生產出廉價高效的太陽能電池尋找潛力最大的材料。”論文的主要作者威爾·里根(Will Regan)對科技博客Ars Technica說。

即使某種最佳的材料被找到,將其投入大規模生產也不是件容易的事:標準光伏電池是一個巨大的產業(主要在中國),而這些制造商們卻沒有生產這種新型太陽能電池的設備和技術。和已經在硅材料上投入上萬億美元的計算機芯片產業相比,光伏電池所面對的困難與挑戰并沒有那么大,但要轉向新型的SFPV光伏電池,我們仍然需要做出很多努力。但這項新技術的確可以節約大量的生產成本,毫無疑問,誰能第一個采用這一技術生產出價格明顯低于化石燃料的太陽能源,誰就會是未來市場上的贏家。

對這項研究成果有興趣的童鞋,可以戳 這里 閱讀研究論文。

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本文編譯自Extremtech: So long, silicon: Researchers create solar panels from cheap copper oxide
作者: Alyson Shontell
The End

發布于2012-08-20, 本文版權屬于果殼網(guokr.com),禁止轉載。如有需要,請聯系果殼

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