Hubble solar arrays. (Reference image by NASA/ESA, Wikimedia Commons).

美國(guó)能源部國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)的研究人員創(chuàng)造了一種太陽(yáng)能電池，在1個(gè)太陽(yáng)的全球照明下，其效率達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的39.5%。這是所有類(lèi)型中效率最高的太陽(yáng)能電池，使用標(biāo)準(zhǔn)的1個(gè)太陽(yáng)條件進(jìn)行測(cè)量。該標(biāo)準(zhǔn)量等于100 mW/cm2的輻照度，是指在測(cè)量?jī)x器的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，單位面積上從太陽(yáng)接收到的電磁輻射功率。根據(jù)科學(xué)家們的說(shuō)法，這種新電池可能適用于高度受限的區(qū)域應(yīng)用或低輻射的空間應(yīng)用。在發(fā)表在《焦耳》(Joule)雜志上的一篇論文中，研究人員解釋說(shuō)，效率的提高源于對(duì)“量子阱”太陽(yáng)能電池的研究，這種電池利用許多非常薄的層來(lái)修改太陽(yáng)能電池的特性。鎵是關(guān)鍵具體來(lái)說(shuō)，他們開(kāi)發(fā)了一種具有前所未有性能的量子阱太陽(yáng)能電池，并將其實(shí)現(xiàn)到一個(gè)具有不同帶隙的三個(gè)結(jié)的設(shè)備中，其中每個(gè)結(jié)被調(diào)諧以捕獲和利用太陽(yáng)光譜的不同部分。頂部結(jié)由磷化鎵銦(GaInP)、中間有量子阱的砷化鎵(GaAs)和底部有晶格失配的砷化鎵銦(GaInAs)組成。”是一個(gè)關(guān)鍵元素,砷化鎵是一種極好的材料,通常用于III-V多結(jié)電池,它沒(méi)有完全正確的能帶隙管細(xì)胞,這意味著之間的光電流平衡三個(gè)單元格不是最優(yōu)的,”瑞安說(shuō),法國(guó)資深科學(xué)家和細(xì)胞設(shè)計(jì)師?！霸谶@里，我們通過(guò)使用量子阱在保持優(yōu)異材料質(zhì)量的同時(shí)修改了帶隙，這使得該設(shè)備和潛在的其他應(yīng)用成為可能?！笨茖W(xué)家們?cè)谥虚g層使用量子阱來(lái)擴(kuò)展砷化鎵電池的帶隙，并增加電池可以吸收的光量。重要的是，他們開(kāi)發(fā)了光學(xué)厚量子阱器件，沒(méi)有重大的電壓損失。他們還學(xué)習(xí)了如何在生長(zhǎng)過(guò)程中退火GaInP頂部細(xì)胞，以提高其性能，并最小化晶格不匹配GaInAs中的螺紋位錯(cuò)密度?？傊?，這三種材料決定了新型電池的設(shè)計(jì)。然后測(cè)試了新電池在空間應(yīng)用中的效率，特別是通信衛(wèi)星，這是由太陽(yáng)能電池供電的，高電池效率是至關(guān)重要的，在生命初期測(cè)量中，它的效率為34.2%。目前設(shè)計(jì)的電池適用于低輻射環(huán)境，進(jìn)一步發(fā)展電池結(jié)構(gòu)可能使更高輻射的應(yīng)用成為可能。

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