Ang mga mananaliksik ay nakagawa ng isang bagong uri ng haluang metal semiconductor na may kakayahang makuha ang malapit-infrared na ilaw na matatagpuan sa gilid ng nakikitang spectrum ng ilaw.

Mas madaling magawa at hindi bababa sa 25 porsiyento ang mas mababa kaysa sa mga nakaraang formulation, ito ay pinaniniwalaan na pinaka-cost-effective na materyal sa mundo na makakakuha ng malapit-infrared na ilaw-at tumutugma sa gallium arsenide semiconductors na kadalasang ginagamit sa photovoltaics ng concentrator.

"Ang photovoltaics ng Concentrator ay maaaring makapangyarihan sa susunod na henerasyon." Ang photovoltaics ng Concentrator ay nagtitipon at nagpokus sa sikat ng araw sa mga maliit, mataas na kahusayan na solar cell na gawa sa gallium arsenide o germanium semiconductors. Ang mga ito ay nasa track upang makamit ang mga rate ng kahusayan ng higit sa 50 porsiyento, habang ang maginoo flat-panel silikon solar cell top out sa kalagitnaan ng 20s.

"Flat-panel silikon ay karaniwang maxed out sa mga tuntunin ng kahusayan," sabi ni Rachel Goldman, isang propesor ng mga materyales sa agham at engineering, pati na rin ang physics sa University of Michigan, na ang lab binuo ang haluang metal. "Ang halaga ng silikon ay hindi bumababa at ang kahusayan ay hindi umaalis. Ang photovoltaics ng konsentrador ay maaaring makapangyarihan sa susunod na henerasyon. "

Ang mga varieties ng photovoltaics ng concentrator ay umiiral ngayon. Ang mga ito ay binubuo ng tatlong iba't ibang mga haluang metal semiconductor na may layered na magkasama. Na-spray sa isang semiconductor wafer sa isang proseso na tinatawag na molekular-beam epitaxy-kaunti tulad ng pagpipinta ng spray na may mga indibidwal na elemento-bawat layer ay may ilang mikron lamang na makapal. Ang mga layer ay nakakuha ng iba't ibang bahagi ng solar spectrum; Ang liwanag na nakukuha sa isang layer ay nakuha ng susunod.

Ngunit malapit-infrared na ilaw slips sa pamamagitan ng mga cell na ito unharnessed. Sa loob ng maraming taon, ang mga mananaliksik ay nagtatrabaho patungo sa isang mahirap hulma "ikaapat na patong" na haluang metal na maaaring mabibilis sa mga selula upang makuha ang liwanag na ito. Ito ay isang mataas na order; ang haluang metal ay dapat na cost-effective, matatag, matibay, at sensitibo sa infrared na ilaw, na may isang atomic na istraktura na tumutugma sa iba pang tatlong layer sa solar cell.

Ang pagkuha ng lahat ng mga variable na ito ay hindi madali, at hanggang ngayon, ang mga mananaliksik ay naipit sa mga prohibitively expensive formula na gumagamit ng limang elemento o higit pa.

Upang makahanap ng isang mas simpleng pagsasama, ang koponan ng Goldman ay gumawa ng isang nobelang diskarte para sa pagpapanatiling mga tab sa maraming mga variable sa proseso. Pinagsama nila ang mga pamamaraan sa pagsukat sa kabilang lupa kabilang ang X-ray diffraction na ginawa sa pag-aaral ng unibersidad at ion beam na ginawa sa Los Alamos National Laboratory na may custom-built computer modeling.

Gamit ang pamamaraang ito, natuklasan nila na ang isang bahagyang magkakaibang uri ng molekula ng arsenic ay pares nang mas epektibo sa bismuth. Nagawa nilang mag-tweak ang dami ng nitrogen at bismuth sa halo, na nagpapagana sa kanila na alisin ang isang karagdagang hakbang sa paggawa na kinakailangang mga naunang formula. At natagpuan nila ang tiyak na tamang temperatura na magbibigay-daan sa mga elemento upang ihalo nang maayos at manatili sa substrate nang ligtas.

"Ang 'Magic' ay hindi isang salita na ginagamit namin madalas bilang mga siyentipiko materyales," sabi ni Goldman. "Ngunit iyan ang nararamdaman nito noong sa wakas ay nakuha na namin ito nang tama."

Ang advance ay dumating sa mga takong ng isa pang pagbabago mula sa Goldman's lab na nagpapadali sa proseso ng "doping" na ginagamit upang mag-tweak ang mga electrical properties ng mga kemikal na layer sa galyum arsenide semiconductors.

Sa panahon ng doping, nag-apply ang mga tagagawa ng halo ng mga kemikal na tinatawag na "impurities designer" upang baguhin kung paano nagsasagawa ng mga semiconductor ang koryente at bigyan sila ng positibo at negatibong polarity katulad ng mga electrodes ng isang baterya. Ang doping agent na karaniwang ginagamit para sa gallium arsenide semiconductors ay silikon sa negatibong bahagi at beryllium sa positibong panig.

Ang beryllium ay isang problema-ito ay nakakalason at nagkakahalaga ng tungkol sa 10 beses na higit pa kaysa sa dopants silikon. Ang beryllium ay sensitibo rin sa init, na naglilimita sa kakayahang umangkop sa proseso ng pagmamanupaktura. Ngunit natuklasan ng koponan na sa pamamagitan ng pagbawas ng dami ng arsenic sa antas ng ibaba na dati nang itinuturing na katanggap-tanggap, maaari nilang "i-flip" ang polarity ng mga dopant ng silikon, na nagpapagana sa kanila na gamitin ang mas mura, mas ligtas na elemento para sa parehong positibo at negatibong mga panig.

"Ang pagiging mababago ang polarity ng carrier ay tulad ng atomic na ambidexterity," sabi ni Richard Field, isang dating doktor na nagtrabaho sa proyekto. "Tulad ng mga taong may likas na ipinanganak na ambidexterity, medyo hindi pangkaraniwan ang makahanap ng mga impeksyong atomic na may ganitong kakayahan."

Magkasama, ang pinabuting doping na proseso at ang bagong haluang metal ay maaaring gumawa ng mga semiconductors na ginamit sa photovoltaic ng concentrator hangga't ang 30 na porsiyento na mas mura upang makabuo, isang malaking hakbang patungo sa paggawa ng mga cell na may mataas na kahusayan na praktikal para sa malakihang kuryente.

"Mahalaga, ito ay nagbibigay-daan sa amin upang gawin ang mga semiconductors na may mas kaunting atomic spray lata, at ang bawat isa ay maaaring makabuluhang mas mahal," sabi ni Goldman. "Sa mundo ng pagmamanupaktura, ang uri ng pagpapagaan ay napakahalaga. Ang mga bagong haluang metal at mga dopant ay mas matatag, na nagbibigay sa mga gumagawa ng higit na kakayahang umangkop habang ang mga semiconductor ay lumilipat sa proseso ng pagmamanupaktura. "

Ang bagong haluang metal ay detalyado sa isang papel na lumilitaw sa journal Applied Physics Sulat. Ang National Science Foundation at ang US Department of Energy Office of Science Graduate Student Research ay sumuporta sa pananaliksik.

Source: University of Michigan

Mga Kaugnay na Libro:

at InnerSelf Market at Amazon