美国海军研究实验室设计出一种多结太阳能电池

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　　美国海军研究实验室电子技术与科学分部的科学家，联合英国伦敦帝国理工学院和美国伊利诺伊州尼罗市的微链接器件公司(MicroLink Devices),提出了一种新的三结太阳能电池方案，这种电池的光电转化效率可能突破当前太阳能电池光电转化效率上限即50%。50%也是当前多结光伏电池技术的发展目标。

　　美国海军研究实验室物理学家罗伯特.沃尔特斯博士称，"这项研究已得出一种新的、切实可行而又晶格匹配的多结太阳能电池设计方案。该太阳能电池具备在集中光照下电能转化效率超过标志性的50%的潜力。当前，集中光照下三结太阳能电池效率的世界纪录是44%"，同时，人们还普遍认为，太阳能电池效率要获得更大提高还需重大的技术突破。"

　　在多结(MJ)太阳能电池内部，每个结被"调谐"到适应太阳光谱中不同波段以提高光电转化效率。高带隙的半导体材料用于吸收短波辐射，而长波辐射则被传递到其后的半导体中。理论上，如果太阳能电池的结平面无限大，其最大光电转换效率可接近87%。目前的难点在于研发一种可以达到大范围多带隙且结晶质量高的半导体材料系统。

　　通过探索新型半导体材料和应用能带结构工程，使用应变平衡量子阱结构,海军研究实验室研究小组已设计出一种多结太阳能电池,它具有从0.7到1.8电子伏特的直接带隙，带隙材料与磷化铟衬底完全晶格匹配。

　　沃尔特斯博士补充说，"拥有具备这样一个大范围多带隙的完全晶格匹配的材料是打破当前太阳能电池光电转化效率世界纪录的关键。众所周知,与磷化铟达到晶格匹配的材料能具有大约1.4电子伏特及其以下的带隙，但是具备更高直接带隙的三元合金半导体是不存在的。"

　　人们发现铟铝砷锑四元合金可以生长为与磷化铟晶格匹配的高带隙材料层，这项原始性创新为太阳能电池实现高转化效率开创了一条新路。通过借鉴以往将锑系化合物应用于检测器和激光的经验，美国海军研究实验室的科学家建立了铟铝砷锑的能带结构模型，并证明了这种材料具备拥有1.8电子伏特直接带隙的潜力。根据这项研究结果，并使用一个包括辐射和非辐射复合的模型，美国海军研究实验室科学家设计了一种太阳能电池，其在集中太阳光照下电能转化效率可能超过50%。

　　海军研究实验室科学家依托最近一项由美国能源部(DoE)授予的先进研究计划局能源项目(ARPA-E),与微链接器件公司和美国纽约的罗切斯特技术学院一起，将执行一个为期三年的材料和器件开发计划以实现这种新型太阳能电池技术。

来源：中国国防科技信息网