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光伏新技术为半导体薄膜发电带来新动力

中采网-电子资讯及技术频道      

    

    研究人员发现可克服传统固态太阳能电池带隙电压限制的新方法 

    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。 

    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。 

    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。 

    “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,”JanSeidel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。 

    “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。 

    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。 

    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。 

    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。 

    “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。” 

    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。 

    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。 

    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。 

    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。

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