新型太陽電池能捕捉熱電子
- 上線日期：2010/1/14 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
美國物理學家首度藉由擷取照射在矽薄膜上的高頻光子的過剩能量，讓太陽電池的製造朝便宜又高效率的實用目標邁進了重大的一步。該研究團隊宣稱，這項突破可望在未來三年內催生出新型的高效能太陽電池。
目前市售太陽電池多屬於第一代，能將18%的入射光功率轉換成電，但由於在純化、長晶和切割單晶矽晶圓上所費不貲，使其價格比石油昂貴許多；第二代的太陽電池是將矽或化合物半導體薄膜製作在玻璃基板上，雖然壓低了成本，其結構缺陷卻使效率相對降低。
波士頓學院的Krzytof Kempa等人最近發展出的技術可望將太陽電池推進至第三代。他們的構想是利用太陽輻射寬廣的波長範圍，將電子激發到導電帶，再透過製作超薄太陽電池，讓電子穿過電池的時間比掉回價帶的時間還短，來產生更多電流。他們透過標準工業技術，分別在玻璃基板上沉積出P型、無掺雜和N型矽薄膜，相較於非晶矽太陽電池中P、N型層約為20 nm厚、無掺雜層約300~400 nm厚，波士頓元件中各層都只有約5 nm厚。
超薄太陽電池過去之所以不受青睞，是因為電池太薄所以僅能捕捉少量入射光子，Kempa等人的電池確實只有3%的效能，不過重要的是他們的電池有較高的輸出電壓。波士頓團隊製造出各種不同厚度的電池，並曝露在藍光與綠光下，結果較薄的電池在藍光下會產生高於在綠光下的電壓，研究人員認為這證明電池可以擷取熱電子的部份剩餘能量；此外他們也發現最薄的電池由於有大很多的電場，會產生較多的電流。
該團隊表示，目前的挑戰是製作「光學上夠厚但電學上夠薄」的電池，並相信將數微米長的金屬線包覆上數奈米厚非晶矽再組成陣列，可以達成目的。他們的想法是利用金屬線的長度來決定能收集多少光，而非晶矽的厚度會決定電子多快脫離。
他們已經成立名為Solasta公司來商品化他們的技術，希望可以在2012年製作出便宜且效率約有20~30%的高競爭力太陽電池。詳見Appl. Phys. Lett. 95, p.233121 (2009)。
原始網站: http://optics.org/cws/article/research/41239
譯者:劉翼綱(彰化師範大學物理系)
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