理想環(huán)境下新原理太陽(yáng)能瑞達(dá)電池

在“PVJapan”上，日本大阪大學(xué)產(chǎn)業(yè)科學(xué)研究所的研究員江村修一等人提出了倒霉用pn結(jié)的新原理的太陽(yáng)能瑞達(dá)電池方案。理想環(huán)境下，這種太陽(yáng)能瑞達(dá)電池的轉(zhuǎn)換效率有望到達(dá)70～80％。

新原理的思路是，利用晶體內(nèi)的極性，也便是自覺(jué)極化引發(fā)的內(nèi)部電場(chǎng)梯度來(lái)疏散激子（成對(duì)的電子與空穴）。太陽(yáng)能瑞達(dá)電池常用的質(zhì)料Si沒(méi)有極性，但不少化合物的晶體都具有強(qiáng)極性。當(dāng)這些質(zhì)料在內(nèi)部電場(chǎng)梯度的作用下汲取光子生成激子后，電子與空穴將自覺(jué)性地疏散至差異偏向。根據(jù)具體假想，太陽(yáng)能瑞達(dá)電池元件的布局是在InN層與電極之間夾入300nm～350nm厚、帶隙為0.92eV的InGaN層。

對(duì)付一樣平常的太陽(yáng)能瑞達(dá)電池，疏散激子、使電子與空穴分別轉(zhuǎn)移到差異電極是由pn結(jié)來(lái)完成的。而江村表現(xiàn)，只利用內(nèi)部電場(chǎng)梯度疏散激子具有許多好處，此中最大的好處是可以大概淘汰電子與空穴的復(fù)合和熱弛豫。

舉例來(lái)說(shuō)，一樣平常的Si類太陽(yáng)能瑞達(dá)電池為了提升光汲取率，僅活性層每每就到達(dá)數(shù)十μm乃至更厚。這使得大多數(shù)波長(zhǎng)短、能量高的光子在遠(yuǎn)離pn結(jié)的地方就變成“熱激子”，在抵達(dá)pn結(jié)疏散成電子和空穴之前，就已經(jīng)因復(fù)合和熱弛豫而孕育產(chǎn)生喪失。

已往的單結(jié)太陽(yáng)能瑞達(dá)電池存在的問(wèn)題是，波長(zhǎng)短于帶隙的光因熱弛豫而喪失，而波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光會(huì)產(chǎn)生透射，無(wú)法有效利用。這種征象被稱作“Shockley-Queisser limit”，干系到單結(jié)太陽(yáng)能瑞達(dá)電池的最大性能。

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