光伏新技术为半导体薄膜发电带来新动力

haoohan

                               
登录/注册后可看大图

" V9 d( P+ ]5 k9 b劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员发现一种新的方法，可克服传统固态太阳能电池带隙电压的限制，使半导体薄膜材料可产生光伏效应。

' I9 h8 C6 r8 D+ ^+ j2 }! k. G该研究小组研究使用的是铋铁氧体－利用铋、铁和氧制作的陶瓷。铋铁氧体是多铁氧体，同时显示出铁电和铁磁性质。
  f; X* s, e7 R1 R
( o* a3 D, h. _6 ]铁电性是指通过电场逆转，材料的自发电极化；而铁磁性是指物质表现出永久磁矩的特性。

研究人员发现，在纳米空间里，由于其三方晶体的扭曲结构，铋铁氧体可以产生光伏效应。研究人员可通过电场操纵晶体结构，控制其光电特性。

4 |' v1 w4 e' j" @“我们很高兴在多铁氧体材料的纳米空间找到了以前没有发现的特性，”Jan Seidel说。他是一位物理学家，同时任职于伯克利实验室材料科学部和加州大学伯克利分校物理系。

  I  D' |4 e# `- ?$ ~8 o“我们现在正把这个概念运用到生产更高效率的能源设备，”他补充说。
) ^- u7 k0 T( \5 `, {8 Q8 O
; S8 W5 w: j9 r传统的固态太阳能电池有正-负极联接－正极半导体层和负电子层之间的联接。这些层是光伏效应的关键。
! r, j  }, ]! Q8 l1 Z
当太阳能电池吸收来自太阳的光子时，光子的能量会产生电子空穴对，这些空穴对在耗竭区分开，也就是微小的正－负联接区，然后被收集为电力。

) Z( O; p/ k5 F: u$ g9 N* |% k  G然而，这个过程需要光子穿透耗竭区的物质。他们的能量也必须精确地匹配了半导体的电子能带隙能量，也就是半导体价带和传导能带之间的差距，这里没有电子状态的存在。
( N5 U7 k5 {9 D; Y- z8 B0 I: K! z. e
  U2 l5 S+ x$ Y9 p3 P: m. C8 S7 F“传统固态光电器件可以产生的最大电压等于其电子能隙，”Mr. Seidel先生解释说。 “即使是所谓的串联细胞－其中有一些半导体正－负联结的堆积，其能产生的光电电压也是有限的，因为光穿透的深度是有限的。”
- Q# K/ K+ w" Y& y( \8 C7 I
7 W# U( E/ M: Q% {# S3 E研究小组发现，用白光照射铋铁氧体可以在1至2纳米宽的微观区域内产生光电电压。这种电压显着高于铋铁氧体的约2.7伏特的电子带隙。

这种新方法可以在200微米的距离内产生约16伏特的电压。据证明，电压在原则上是线性可扩展性的，这表明更大的距离可产生更高的电压。
$ @# J' s$ z) L
) j- ?+ |/ w. x9 S/ \新方法还采用了光伏发电畴壁，这些畴壁通过多铁氧体材料的二维薄层作为过渡区，可分开不同的铁电或铁磁性能。

% I. x: J7 w( R. a4 p/ o/ o, h在畴壁上，铋铁氧体的极化方向发生改变，从而可以产生静电势。该材料的菱形晶体能够被诱导形成畴壁，可以71度、109度或180度地改变电场极化，从而产生光伏效应。
. Z% w9 ~9 |4 ]+ y
该小组还可以使用200伏的电脉冲来扭转光伏效应的极性或将其完全关闭。Seidel先生和他的同事称，这种可控性的光伏效应从未在传统的光伏系统中出现，这种新方法为在纳米光学和纳米电子学的新应用铺平了道路。

- N4 G( ^% b; n# {$ s该小组的研究是在Nature Nanotechnology杂志
/ @6 d4 Q; y4 h- o
$ W+ Y8 o9 H& c) o" V  f0 y0 l
9 A* \. R6 f6 @: H7 s作者 Katrice R. Jalbuena