竞争对手是串联型太阳能电池
除了量子点太阳能电池之外,还有要通过控制带隙,把所有波长的光线都转换成电能的其他尝试。典型事例便是“串联型太阳能电池”。这种电池的原理是通过重叠带隙各异的多种半导体,吸收更多种波长的光线。
但串联型太阳能电池存在重叠的半导体种类越多制造成本越高的缺点。产品寿命也比较短。现在,其制造成本比晶体硅太阳能电池高出两位数,因此用途仅限于宇宙开发等。
而荒川教授等人正在研发的量子点太阳能电池只需1种薄膜即可吸收各种波长的光线。因此,制造成本可以控制在晶体硅太阳能电池的几倍左右,而且结构稳定,产品寿命也比较长。
现在,荒川教授等人的团队正在使用分子束外延法(MBE)、有机金属化学气相沉积法(MOVCD)等方法制造量子点太阳能电池。半导体薄膜使用的是砷化镓,量子点使用的是砷化铟。
探索不使用稀有金属的方法
顺便一提,分子束外延法需要把基板放置在与太空相同的10的负12次方的超高真空之中,加热到450~500度。然后照射镓和铟等原料的分子束,利用蒸镀的方式形成半导体薄膜。通过调整基板的温度等条件,可以控制量子点的大小、形状和间隔。温度越低,点的排列密度越大。
现在,荒川教授等人试制的量子点太阳能电池的能量转换效率约为16%。因此,他们计划在今后继续进行研发,寻找最佳的量子点大小、形状和位置,以及最佳的材料组合,以不断逼近理论值的上限。而且,虽现在的电池使用稀有金属铟,但也在摸索无需使用稀有金属的材料。
关于今后的展望,荒川教授谈道:“在今后的10年内,我们将为实用化展开验证。广泛普及估计需要15年到20年的时间。”
如果能量转换效率高的太阳能电池投入实用,发电成本也将大幅降低,促进普及的进程。希望实用化能够早日得以实现.
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