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眾所周知，傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電池都是用漂亮但昂貴的硅晶體制成的，而最近，來(lái)自加利福尼亞大學(xué)和伯克利實(shí)驗(yàn)室的研究者們發(fā)現(xiàn)了一種可以用任何半導(dǎo)體材料制作太陽(yáng)能電池的方法。這一研究成果很可能將打開(kāi)廉價(jià)太陽(yáng)能應(yīng)用的大門。
市面上幾乎所有的太陽(yáng)能電池板都是這樣制作的：從一大塊硅晶上切下兩片薄片（每片厚度約為200微米，即0.2毫米），再在上面涂上一層涂層來(lái)增強(qiáng)光伏效應(yīng)（含磷物質(zhì)和溴分別被用來(lái)制造N型和P型硅片）。然后將這兩片硅片疊壓在一起，上下接上電極，再在這一整套裝置外包上保護(hù)性玻璃——看，一塊標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池就做好了。
從理論上講，你其實(shí)可以在任何半導(dǎo)體材料上涂上涂層來(lái)制作太陽(yáng)能電池。但不幸的是，那些更便宜且更易獲得的材料（如氧化銅）無(wú)法很好的保持表面的涂層，并最終會(huì)導(dǎo)致PN結(jié)的解體；硅片可以很好的保持表面涂層，但卻非常昂貴。
為了解決這一問(wèn)題，加利福尼亞的研究者們開(kāi)發(fā)出了一種新型的太陽(yáng)能電池，被稱作＂屏蔽加工場(chǎng)效應(yīng)光伏電池（screening-engineered field-effect photovoltaics）＂，縮寫為SFPV。與傳統(tǒng)方法直接在材料上施敷涂層不同，這一新工藝使用微型電場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)相同的效果。只要這個(gè)電場(chǎng)持續(xù)存在，PN結(jié)就可以一直保持，這塊光伏電池也就會(huì)持續(xù)產(chǎn)生電能。維持這個(gè)電場(chǎng)所需的能量也明顯小于光伏效應(yīng)產(chǎn)生的能量。
SFPV電池結(jié)構(gòu)圖
電場(chǎng)效應(yīng)其實(shí)并不是什么新發(fā)現(xiàn)（工科男女都聽(tīng)說(shuō)過(guò)場(chǎng)效應(yīng)晶體管吧？），但將其應(yīng)用在光伏電池中卻是很新奇的想法。加州大學(xué)和伯克利實(shí)驗(yàn)室的研究者們遇到的主要障礙是：在這一方案中，半導(dǎo)體材料上方需要一層觸點(diǎn)來(lái)產(chǎn)生電場(chǎng)，但很顯然這層導(dǎo)體會(huì)擋住到達(dá)電池的陽(yáng)光。他們提出的解決方案也并不復(fù)雜：要么使用一層很薄的導(dǎo)體，比如石墨（它是透明的），或者使用很多片狹窄的鰭狀導(dǎo)體（如上圖所示）。
那下一步呢？“這項(xiàng)研究為多種半導(dǎo)體材料（如許多金屬氧化物、硫化物和磷化物）在光伏電池中的實(shí)際應(yīng)用打開(kāi)了大門。目前，我們正在試著為生產(chǎn)出廉價(jià)高效的太陽(yáng)能電池尋找潛力最大的材料。”論文的主要作者威爾·里根（Will Regan）對(duì)科技博客Ars Technica說(shuō)。
即使某種最佳的材料被找到，將其投入大規(guī)模生產(chǎn)也不是件容易的事：標(biāo)準(zhǔn)光伏電池是一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè)（主要在中國(guó)），而這些制造商們卻沒(méi)有生產(chǎn)這種新型太陽(yáng)能電池的設(shè)備和技術(shù)。和已經(jīng)在硅材料上投入上萬(wàn)億美元的計(jì)算機(jī)芯片產(chǎn)業(yè)相比，光伏電池所面對(duì)的困難與挑戰(zhàn)并沒(méi)有那么大，但要轉(zhuǎn)向新型的SFPV光伏電池，我們?nèi)匀恍枰龀龊芏嗯Α５@項(xiàng)新技術(shù)的確可以節(jié)約大量的生產(chǎn)成本，毫無(wú)疑問(wèn)，誰(shuí)能第一個(gè)采用這一技術(shù)生產(chǎn)出價(jià)格明顯低于化石燃料的太陽(yáng)能源，誰(shuí)就會(huì)是未來(lái)市場(chǎng)上的贏家。
市面上幾乎所有的太陽(yáng)能電池板都是這樣制作的：從一大塊硅晶上切下兩片薄片（每片厚度約為200微米，即0.2毫米），再在上面涂上一層涂層來(lái)增強(qiáng)光伏效應(yīng)（含磷物質(zhì)和溴分別被用來(lái)制造N型和P型硅片）。然后將這兩片硅片疊壓在一起，上下接上電極，再在這一整套裝置外包上保護(hù)性玻璃——看，一塊標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池就做好了。
從理論上講，你其實(shí)可以在任何半導(dǎo)體材料上涂上涂層來(lái)制作太陽(yáng)能電池。但不幸的是，那些更便宜且更易獲得的材料（如氧化銅）無(wú)法很好的保持表面的涂層，并最終會(huì)導(dǎo)致PN結(jié)的解體；硅片可以很好的保持表面涂層，但卻非常昂貴。
為了解決這一問(wèn)題，加利福尼亞的研究者們開(kāi)發(fā)出了一種新型的太陽(yáng)能電池，被稱作＂屏蔽加工場(chǎng)效應(yīng)光伏電池（screening-engineered field-effect photovoltaics）＂，縮寫為SFPV。與傳統(tǒng)方法直接在材料上施敷涂層不同，這一新工藝使用微型電場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)相同的效果。只要這個(gè)電場(chǎng)持續(xù)存在，PN結(jié)就可以一直保持，這塊光伏電池也就會(huì)持續(xù)產(chǎn)生電能。維持這個(gè)電場(chǎng)所需的能量也明顯小于光伏效應(yīng)產(chǎn)生的能量。
SFPV電池結(jié)構(gòu)圖
電場(chǎng)效應(yīng)其實(shí)并不是什么新發(fā)現(xiàn)（工科男女都聽(tīng)說(shuō)過(guò)場(chǎng)效應(yīng)晶體管吧？），但將其應(yīng)用在光伏電池中卻是很新奇的想法。加州大學(xué)和伯克利實(shí)驗(yàn)室的研究者們遇到的主要障礙是：在這一方案中，半導(dǎo)體材料上方需要一層觸點(diǎn)來(lái)產(chǎn)生電場(chǎng)，但很顯然這層導(dǎo)體會(huì)擋住到達(dá)電池的陽(yáng)光。他們提出的解決方案也并不復(fù)雜：要么使用一層很薄的導(dǎo)體，比如石墨（它是透明的），或者使用很多片狹窄的鰭狀導(dǎo)體（如上圖所示）。
那下一步呢？“這項(xiàng)研究為多種半導(dǎo)體材料（如許多金屬氧化物、硫化物和磷化物）在光伏電池中的實(shí)際應(yīng)用打開(kāi)了大門。目前，我們正在試著為生產(chǎn)出廉價(jià)高效的太陽(yáng)能電池尋找潛力最大的材料。”論文的主要作者威爾·里根（Will Regan）對(duì)科技博客Ars Technica說(shuō)。
即使某種最佳的材料被找到，將其投入大規(guī)模生產(chǎn)也不是件容易的事：標(biāo)準(zhǔn)光伏電池是一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè)（主要在中國(guó)），而這些制造商們卻沒(méi)有生產(chǎn)這種新型太陽(yáng)能電池的設(shè)備和技術(shù)。和已經(jīng)在硅材料上投入上萬(wàn)億美元的計(jì)算機(jī)芯片產(chǎn)業(yè)相比，光伏電池所面對(duì)的困難與挑戰(zhàn)并沒(méi)有那么大，但要轉(zhuǎn)向新型的SFPV光伏電池，我們?nèi)匀恍枰龀龊芏嗯Α５@項(xiàng)新技術(shù)的確可以節(jié)約大量的生產(chǎn)成本，毫無(wú)疑問(wèn)，誰(shuí)能第一個(gè)采用這一技術(shù)生產(chǎn)出價(jià)格明顯低于化石燃料的太陽(yáng)能源，誰(shuí)就會(huì)是未來(lái)市場(chǎng)上的贏家。
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