勞倫斯伯克利國家實驗室的研究人員正在開發一種新的商用太陽能電池，它可利用整個太陽的頻譜輻射，包括低能量的紅外線和高能量的紫外線。

寬帶隙半導體對較短的波長（左）有反應，而中寬帶隙可以對一個范圍的能量（右）有所反應。照片由美國勞倫斯伯克利國家實驗室提供

實驗室材料科學部的太陽能材料研究小組最近展示了新型的太陽能電池，使用了在半導體工業生產中最常見的流程。

“成功利用全太陽頻譜的太陽能電池，其基本原則是要結合具不同能量隙的半導體，” 該小組的首席研究員Wladek Walukiewicz解釋說。

最初，研究小組將這些不同合金層的半導體層層相疊，并接線將不同的能量隙相互串聯。

他們形成的結晶層具有不同但密切配合的銦，造成一個對全太陽光譜敏感的光電設備。

但研究人員認為，這種結構仍然太復雜，即使各層互相配合亦難以制造。為了簡化結構，他們提出了一個高度不匹配的碲鋅半導體合金。

研究人員注入氧氣作為中介劑，在兩個不同的能量帶之中加入第三種能量帶。這創建了三個不同的帶隙覆蓋整個太陽光譜。

但生產這種合金依然復雜而費時。此外，這些太陽能電池大量生產的成本高，Walukiewicz先生說。

尋找適合的物料

“制造全光譜太陽能電池的關鍵是要找到合適的材料，” 研究小組成員Kin Man Yu指。

“其挑戰在于以中介劑來平衡組合，” 他補充說。

最新的太陽能電池是一種多波段半導體，由高度不匹配的砷化鎵氮化合金組成。該合金的成分類似鎵砷化物，是目前最常見的半導體之一。

科學家用氮氣取代合金的一些砷原子，形成可對整個太陽光譜敏感的第三中間能帶。

此外，該合金可通過有機金屬化學氣相沉積而成。這是一種常見的半導體生產過程，其中的原子薄層沉積為半導體晶片。

全光譜測試

研究人員以新的多波段合金來測試太陽能電池，以確定有多少電流是由不同顏色的光所產生。

Walukiewicz先生指，中間帶必須進行吸收而不具電荷，以防止短路。測試結果顯示，新的合金對光頻譜的所有部分，從紅外線到紫外線均有強烈的反應。