硅太陽能電池的效率一般只能達(dá)到20%，效率更高的電池都很復(fù)雜，也很昂貴。據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)1月24日報(bào)道，美國勞倫斯·伯克利國家實(shí)驗(yàn)室科研人員伍雷戴克·瓦盧克維領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，用一種名為鎵氮砷(GaNAs)合金的特殊材料和簡單的組合方法，使他們制造的多帶型太陽能電池效率達(dá)到40%以上。研究論文發(fā)表在近日出版的《物理評論快報(bào)》上。

在標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體太陽能電池中，帶隙將電池分成導(dǎo)帶和價(jià)帶，靠光子激發(fā)帶隙兩邊的電子—空穴對來產(chǎn)生電流。只有能量超過帶隙的光子能產(chǎn)生電流，這導(dǎo)致了太陽能能量轉(zhuǎn)化的門檻：小的帶隙能吸收更多光子，產(chǎn)生更大電流但電壓不足，而大的帶隙能產(chǎn)生更大電壓卻電流有限，因此大部分太陽光子不能被吸收。

這一門檻意味著，要讓太陽能電池更高效，必須在不同的板層用不同的帶隙進(jìn)行復(fù)雜的疊裝，讓電池不同部分吸收不同的太陽光譜。瓦盧克維說：“將某些半導(dǎo)體混合能有效提高太陽能電池的效率，但這種方法一般很復(fù)雜。目前效率達(dá)到40%的太陽能電池通常要18層半導(dǎo)體，而我們的技術(shù)只要4層到5層。”

GaNAs半導(dǎo)體合金具有獨(dú)特的電子帶狀結(jié)構(gòu)，能使太陽能電池效率更高。瓦盧克維小組通過工程改良方法，用GaNAs合金制造了一種單一材料的多帶型太陽能電池(MultibandSolarCells)，能吸收多波段的太陽光譜。

“多年來科學(xué)家一直在研究混合半導(dǎo)體，改良材料屬性。但他們在研究那些容易混合的半導(dǎo)體，而我們研究的材料很難被混合，必須使用特殊的強(qiáng)制方法。”當(dāng)發(fā)生混合時(shí)，半導(dǎo)體會在帶隙形成中間帶的狀態(tài)。瓦盧克維說：“其他高效太陽能電池形成不同帶隙時(shí)用了多種半導(dǎo)體材料，而我們開發(fā)的半導(dǎo)體非常簡單，只含有一種材料，卻形成了多種帶隙。”

研究人員表示，估計(jì)用GaNAs合金制造太陽能電池效率將超過40%，而且比目前能達(dá)到這一效率的電池更加簡單，更容易制造，應(yīng)用市場更為廣泛，在成本上也更合算。他們的目標(biāo)是開發(fā)其商業(yè)用途，讓它在市場上發(fā)揮作用。