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眾所周知，傳統(tǒng)的太陽能電池都是用漂亮但昂貴的硅晶體制成的，而最近，來自加利福尼亞大學和伯克利實驗室的研究者們發(fā)現(xiàn)了一種可以用任何半導體材料制作太陽能電池的方法。這一研究成果很可能將打開廉價太陽能應用的大門。
市面上幾乎所有的太陽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增強光伏效應（含磷物質和溴分別被用來制造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性玻璃——看，一塊標準太陽能電池就做好了。
從理論上講，你其實可以在任何半導體材料上涂上涂層來制作太陽能電池。但不幸的是，那些更便宜且更易獲得的材料（如氧化銅）無法很好的保持表面的涂層，并最終會導致PN結的解體；硅片可以很好的保持表面涂層，但卻非常昂貴。
為了解決這一問題，加利福尼亞的研究者們開發(fā)出了一種新型的太陽能電池，被稱作＂屏蔽加工場效應光伏電池（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來實現(xiàn)相同的效果。只要這個電場持續(xù)存在，PN結就可以一直保持，這塊光伏電池也就會持續(xù)產(chǎn)生電能。維持這個電場所需的能量也明顯小于光伏效應產(chǎn)生的能量。
SFPV電池結構圖
電場效應其實并不是什么新發(fā)現(xiàn)（工科男女都聽說過場效應晶體管吧？），但將其應用在光伏電池中卻是很新奇的想法。加州大學和伯克利實驗室的研究者們遇到的主要障礙是：在這一方案中，半導體材料上方需要一層觸點來產(chǎn)生電場，但很顯然這層導體會擋住到達電池的陽光。他們提出的解決方案也并不復雜：要么使用一層很薄的導體，比如石墨（它是透明的），或者使用很多片狹窄的鰭狀導體（如上圖所示）。
那下一步呢？“這項研究為多種半導體材料（如許多金屬氧化物、硫化物和磷化物）在光伏電池中的實際應用打開了大門。目前，我們正在試著為生產(chǎn)出廉價高效的太陽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）對科技博客Ars Technica說。
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：標準光伏電池是一個巨大的產(chǎn)業(yè)（主要在中國），而這些制造商們卻沒有生產(chǎn)這種新型太陽能電池的設備和技術。和已經(jīng)在硅材料上投入上萬億美元的計算機芯片產(chǎn)業(yè)相比，光伏電池所面對的困難與挑戰(zhàn)并沒有那么大，但要轉向新型的SFPV光伏電池，我們仍然需要做出很多努力。但這項新技術的確可以節(jié)約大量的生產(chǎn)成本，毫無疑問，誰能第一個采用這一技術生產(chǎn)出價格明顯低于化石燃料的太陽能源，誰就會是未來市場上的贏家。
市面上幾乎所有的太陽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增強光伏效應（含磷物質和溴分別被用來制造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性玻璃——看，一塊標準太陽能電池就做好了。
從理論上講，你其實可以在任何半導體材料上涂上涂層來制作太陽能電池。但不幸的是，那些更便宜且更易獲得的材料（如氧化銅）無法很好的保持表面的涂層，并最終會導致PN結的解體；硅片可以很好的保持表面涂層，但卻非常昂貴。
為了解決這一問題，加利福尼亞的研究者們開發(fā)出了一種新型的太陽能電池，被稱作＂屏蔽加工場效應光伏電池（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來實現(xiàn)相同的效果。只要這個電場持續(xù)存在，PN結就可以一直保持，這塊光伏電池也就會持續(xù)產(chǎn)生電能。維持這個電場所需的能量也明顯小于光伏效應產(chǎn)生的能量。
SFPV電池結構圖
電場效應其實并不是什么新發(fā)現(xiàn)（工科男女都聽說過場效應晶體管吧？），但將其應用在光伏電池中卻是很新奇的想法。加州大學和伯克利實驗室的研究者們遇到的主要障礙是：在這一方案中，半導體材料上方需要一層觸點來產(chǎn)生電場，但很顯然這層導體會擋住到達電池的陽光。他們提出的解決方案也并不復雜：要么使用一層很薄的導體，比如石墨（它是透明的），或者使用很多片狹窄的鰭狀導體（如上圖所示）。
那下一步呢？“這項研究為多種半導體材料（如許多金屬氧化物、硫化物和磷化物）在光伏電池中的實際應用打開了大門。目前，我們正在試著為生產(chǎn)出廉價高效的太陽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）對科技博客Ars Technica說。
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：標準光伏電池是一個巨大的產(chǎn)業(yè)（主要在中國），而這些制造商們卻沒有生產(chǎn)這種新型太陽能電池的設備和技術。和已經(jīng)在硅材料上投入上萬億美元的計算機芯片產(chǎn)業(yè)相比，光伏電池所面對的困難與挑戰(zhàn)并沒有那么大，但要轉向新型的SFPV光伏電池，我們仍然需要做出很多努力。但這項新技術的確可以節(jié)約大量的生產(chǎn)成本，毫無疑問，誰能第一個采用這一技術生產(chǎn)出價格明顯低于化石燃料的太陽能源，誰就會是未來市場上的贏家。
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