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物理学家提出“无线”概念光伏电池

2013-02-26 14:20
潇纵
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  奥地利、美国及德国的物理学家近日提出了一种全新类型的光伏电池。该电池设计依据于十年前的发现,两种绝缘氧化物的界面可变为金属物质,这可能使光伏电池不再需要金属线。如果氧化物分层结构的制造成本可以被削减,那么这项研究或许将催生一种全新类型的高效光伏电池片。

  2004年,物理学家Harold Hwang与Akira Ohtomo做出了一项重大发现,当绝缘体钛酸镧生长于另一种绝缘体钛酸锶,那么2D电子气相结合可生成金属物质。这一现象是极性氧化物与另一种非极性氧化物相遇并导致电荷累积而引发的。

  导电界面

  如今,来自维也纳科技大学、橡树岭国家实验室与德国伍兹堡大学(University of Wurzburg)的研究人员组成的团队已进行了相关计算,并提议利用这种效应制成一种全新类型的光伏电池——通过导电界面引导电流的产生,而非金属线。

  光伏电池的远离是“光生伏特效应”,指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。它首先是由光子(光波)转化为电子、光能量转化为电能量的过程;其次,是形成电压过程。

  橡树岭国家实验室的Satoshi Okamoto与其同事推断,这或许将有助于电子与空穴在结合前互相分离。如果极性氧化物与一种合适的非极性氧化物相结合,那么界面就会变成金属物。因此,电子与空穴可从任何一端导出,而表面也无需金属线。

  吸光率达到最大化

  首先极性氧化物需要尽可能吸收最多的太阳能。某种物质的带隙是化合价与导带证件的电能差。低于带隙的光子无法创造出电子空穴对,而能源大于带隙的光子可创造出电子空穴对。然而后者超过带隙的电能会随着热量而丧失。因此,带隙要低到足以吸收大量的光子。

  因此研究人员“挑中了”钒酸镧,其能带间隙为1.1 eV ——可见光的能见带隙在1.5-3.5 eV之间。他们采用密度泛函理论来建立生长于钛酸锶衬底的钒酸镧光伏电池的模型。虽然他们无法就发电效率做出准确的预测,但研究人员表示这一固有的优势值得进一步的研究。

  乐观且谨慎

  而这种光伏电池的效率能否具备经济可行性呢?Okamoto对此表示乐观且持谨慎态度。他认为,这可能极具竞争力,但这还需要很长的一段时间。我希望当人们充分认识到这种光伏电池的优势之后,它的成本会随之下降。

  来自剑桥大学致力于创新光伏电池研发的Neil Greenham将这项发表于《物理评论快报》的研究成果描述为“一篇有趣的论文”,但他强调称这种电池是否能超越目前的技术还有待产品原型的诞生。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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