研究人员已经开发出一种能够捕获位于可见光谱边缘的近红外光的新型半导体合金。

比以前的配方更容易制造，至少25成本更低，据信它是世界上最具成本效益的材料，可以捕获近红外光，并且与聚光光伏常用的砷化镓半导体兼容。

“聚光太阳能电池可以为下一代提供动力。”聚光太阳能电池将阳光聚集并聚焦到由砷化镓或锗半导体制成的小型高效太阳能电池上。 他们正在实现超过50的效率，而传统的平板式硅太阳能电池在20的中期处于领先地位。

密歇根大学材料科学与工程教授Rachel Goldman以及其实验室开发该合金的物理学家Rachel Goldman说：“平板硅片在效率方面基本达到了最高水平。 “硅片的成本并没有降低，效率也没有提高。 聚光光伏发电可以为下一代提供动力。“

目前存在各种聚光光伏发电装置。 它们由三种不同的半导体合金层叠而成。 以称为分子束外延的过程喷射到半导体晶圆上 - 有点像个别元素的喷涂 - 每一层仅有几微米厚。 这些图层捕捉太阳光谱的不同部分; 通过一层的光被下一个捕获。

但是近红外光通过这些细胞未被利用。 多年来，研究人员一直致力于一种难以捉摸的“第四层”合金，可以夹在细胞中捕捉这种光线。 这是一个很高的命令; 该合金必须具有成本效益，稳定，耐用且对红外光敏感，并具有与太阳能电池中的其它三层相匹配的原子结构。

让所有这些变量正确并不容易，直到现在，研究人员一直使用五个或更多元素的昂贵的公式。

为了找到一个更简单的组合，高盛的团队设计了一种新颖的方法，用于监视过程中的许多变量。 他们结合了地面测量方法，包括在大学完成的X射线衍射以及在洛斯阿拉莫斯国家实验室完成的离子束分析以及定制的计算机建模。

他们使用这种方法发现了一种略有不同的砷分子会更有效地与铋配对。 他们能够调整混合物中的氮和铋量，使他们能够消除以前配方所需的额外制造步骤。 他们发现正确的温度可以使元件顺利地混合并牢固地粘在基板上。

高盛说：“'魔术'不是我们经常用作材料科学家的词。 “但是当我们终于明白了的时候，就是这样的感觉。”

这一进展紧随高盛实验室的另一项创新，它简化了用于调整砷化镓半导体化学层电性能的“掺杂”工艺。

在兴奋剂期间，制造商应用一种名为“设计师杂质”的化学物质混合物来改变半导体如何传导电力，并给予与电池电极相似的正负极性。 通常用于砷化镓半导体的掺杂剂是负侧的硅和正侧的铍。

铍是一个问题 - 它是有毒的，其成本大约是硅掺杂剂的10倍。 铍对热也敏感，这在制造过程中限制了灵活性。 但是研究小组发现，通过将砷含量降低到以前认为可接受的水平之下，他们可以“翻转”硅掺杂剂的极性，使它们能够在正面和负面使用更便宜，更安全的元素。

曾经从事该项目的博士生Richard Field说：“能够改变航母的极性有点像原子的”双重性“。 “就像那些自然而然地出生的人一样，用这种能力找到原子杂质是相当罕见的。”

同时，改进的掺杂工艺和新合金可使半导体用于聚光太阳能电池的产量比30便宜多了，这是向大规模发电实现高效电池的一大步。

高盛说：“从本质上讲，这使得我们能够用更少的原子喷雾罐来制造这些半导体，而且每个罐子的成本都要低得多。” “在制造业，这种简化是非常重要的。 这些新合金和掺杂剂也更加稳定，这使半导体制造工艺在制造过程中更具灵活性。“

这篇新合金在期刊上的一篇论文中详细介绍 应用物理快报。 美国国家科学基金会和美国能源部科学研究生研究办公室支持这项研究。

Sumber: 密歇根大学

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