《英國工程師》（the engineer）雜志日前報道，美國能源部勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室（Lawrence Berkeley National Laboratory）的研究人員已經(jīng)創(chuàng)造了一種廉價的太陽能電池，可以響應(yīng)幾乎全部太陽光譜。

　　太陽能電池能夠把太陽光轉(zhuǎn)換成電流，限制因素是半導(dǎo)體帶隙，電流就從帶隙產(chǎn)生。例如，半導(dǎo)體具有寬的帶隙，就響應(yīng)較短的波長，具有較高的能量。半導(dǎo)體具有中間頻帶，就具有多種帶隙，可響應(yīng)廣泛的能量。
　　“因?yàn)闆]有一種材料可以敏感地響應(yīng)所有波長，所以，基本原則是，成功的全譜太陽能電池需要結(jié)合不同的半導(dǎo)體，這些半導(dǎo)體能隙（energy gap）不同，”沃拉帶克·瓦盧克維克（Wladek Walukiewicz）說，他領(lǐng)導(dǎo)的太陽能材料研究小組就在伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的材料科學(xué)部（MSD）。

　　有一種方式可以結(jié)合不同的帶隙（band gaps），就是分層堆疊不同的半導(dǎo)體，用導(dǎo)線聯(lián)成系列。這一原則支配著目前的高效率太陽能電池，這種電池使用三種不同的半導(dǎo)體合金，它們都具有不同的能隙。

　　然而，即使不同的層可以很好地匹配，結(jié)構(gòu)仍然是復(fù)雜的，同樣復(fù)雜的是它們的制造過程。

　　另一種方法也可制備全光譜電池，就是使用一種單一合金，但具有多種帶隙。制造這種合金是復(fù)雜而費(fèi)時的，這樣的太陽能電池也很昂貴，難以大量生產(chǎn)。

　　新型太陽能電池材料開發(fā)者是瓦盧克維克和于金滿（Kin Man Yu），還有他們的同事，都是在伯克利實(shí)驗(yàn)室材料科學(xué)部MSD和魯斯街實(shí)驗(yàn)室能源公司（RoseStreet Labs Energy），參與研究的還有亞利桑那州（Arizona）鳳凰城（Phoenix）蘇米卡電子材料公司（Sumika Electronics Materials），他們新開發(fā)出的材料是一種多波段半導(dǎo)體，制備采用了高度不匹配的合金。

　　頂部，這個測試裝置就屬于新的多頻帶太陽能電池，被安裝是為了限制中間頻帶的電流；這就使太陽光譜中發(fā)現(xiàn)的廣大范圍的波長都可激發(fā)電流，這些電流來自傳導(dǎo)帶（conduction band）和價帶（valence band），它們分別是電子和空穴（hole）。對比設(shè)備中，在底部，中間帶產(chǎn)生的電流不被阻塞，它會干擾導(dǎo)帶產(chǎn)生的電流，這就限制了設(shè)備的響應(yīng)性能，

　　在這個項(xiàng)目中，這種合金是砷鎵氮化物（gallium arsenide nitride），類似的成分是一種最熟悉的半導(dǎo)體，就是砷化鎵。因?yàn)榘岩恍┥樵�子替換為氮，這樣，第三個也就是中間能帶（intermediate energy band）就制成了。

　　找到正確組合的合金，確定正確的摻雜度（doping level），而且放置中間頻帶（intermediate band）也要正確，放在需要的地方，這些主要是基于理論，而這種新太陽能電池的開發(fā)是采用了一種頻帶反交叉模型（band anticrossing model），這一模型的開發(fā)在伯克利實(shí)驗(yàn)室是在過去10進(jìn)行的。

　　這種新的多波段光電設(shè)備是基于砷鎵氮化物，研究小組已經(jīng)證明，一種簡單的太陽能電池可以響應(yīng)幾乎整個太陽光譜。更妙的是，它很容易制備，使用有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法（MOCVD：metalorganic chemical vapour deposition）就行，這是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)最常見的制造技術(shù)之一，因此它應(yīng)該是低成本就可以生產(chǎn)。