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地球有效資源越來越少人類再不節流以後

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勞倫斯柏克萊國家實驗室材料科學部與康乃爾大學及日本Ritsumeikan大學的結晶體生成(crystal-growing)小組通力合作的研究人員

業已得悉氮化銦半導體的能帶差(band gap)並非如先前被認為的2電子伏特(2eV)

而是低很多的0.7eV。

此偶然的發現意味

結合銦、鎵及氮之合金的單式裝置近乎能將日光從紅外線到紫外線的完整頻譜轉換成電流。

　　許多因素限制了光電電池的效能

譬如價廉的矽

在將光轉換成電時卻以熱的方式耗損掉大多數的能量。

太陽能電池中最具效能的半導體是由週期表中如鋁、銦、鎵等三A族元素與諸如氮、砷等四A族元素所製造的合金。

倘若太陽能電池能以上述合金來製造

其可望是有史以來最具效能、堅固且相對上廉價的電池。

　　太陽能電池效能的最根本限制之一

是製造該種電池之半導體的能帶差。

具能量比能帶差少的光子立即消失

譬如紅色光子不被高能帶差的半導體所吸收。

雖然能量高於能帶差的光子被吸收

其多餘的能量也以熱的方式耗損掉。

　　由單式材料所製造的太陽能電池

在將光轉換成電力時

最大效能約30%；實際達成過的最佳效能約25%。

為了更出色的表現

研究人員及製造商將不同能帶差的材料堆疊於多重接合面的電池中。

　　幾十種不同的材料層可能被堆疊來逮住處於所有能量的光子

以達優於70%的效能

不過涉及很多問題。

譬如晶體格子差異太大時

張力會損及結晶體。

迄今所製造最具效能的多重接合面太陽能電池僅有兩層。

　　更簡易且更出色的方法

其最早端倪出現於Walukiewicz及其同仁進行反向問題的研究時(不是半導體如何吸收光來產生電力

而是如何利用電來發光)。

　　於發光二極體及雷射中

當電洞與電子重新結合時光子被釋出。

紅光的LEDs已普及達數十年

不過新一代能於光譜藍色端發光的寬頻差LEDs

僅於1990年代才出問世。

　　該新型LEDs是從銦鎵氮化物所製造。

具有3.4eV能帶差的氮化鎵能發出不可見的紫外光

不過當某些鎵被銦調換時

可產生如紫、藍及綠等顏色。

柏克萊實驗室的研究人員推測倘若銦的比率增加

相同的合金甚至能發出更長的波長。

　　先前氮化銦2eV的能帶差是針對以一種藉由熱等離子體束

將元件之原子擊離固態目標物之噴濺(sputtering)技術產生的樣本所測定的。

倘若此類樣本摻入像氧的雜質而變劣時

該能帶差會被迫改變。

　　為取得氮化銦最佳的可能樣本

柏克萊實驗室的研究人員與以專精於分子束取向附生法(molecular beam epitaxy：一種在已有基底上生長半導體材料薄層

同時確保沉積薄層之晶格取向與基底相同的方法)著稱

而由William Schaff領導的康乃爾大學小組及由Yasushi Nanishi領導的日本Ritsumeikan大學小組通力合作。

　　於分子束取向附生法中

此些成分在無污染、溫度適中的條件下

如無雜質的氣體般被沉積於高度真空室中。

當柏克萊實驗室的研究人員對此些異常純淨之結晶體進行研究時

於2eV下依然沒有光發出。

不過Walukiewicz宣稱

當他們檢視較低能帶差時

突然有大量的光發出。

此些合作人員很快證實

當比率從銦移向鎵時

該合金的能帶差寬度平順且持續的增加直到達純氮化鎵3.4eV的穩定值。

　　就太陽能電池而言

銦鎵氮化物並非無疑的選擇。

其結晶體充斥著缺陷

每平方公分數百萬甚至百億。

通常缺陷會破壞半導體的光學屬性

陷住電荷載子並以熱的方式消散其能量。

　　不過於LEDs的研究中

柏克萊實驗室的研究人員發現

於合金中銦與鎵的結合方式

顯著地使得富含銦的濃縮物有效地發光。

為了利用這種合金對日光頻譜近乎完全的相應

將需具有多層不同成分的多接合面電池。

Walukiewicz解釋說

於多接合面電池中晶格匹配(lattice matching)通常是項棘手問題。

不過此些材料能順應極大的晶格不當匹配

而對其光電子屬性無任何重大影響。

　　就兩層的多接面電池而言

兩層銦鎵氮化物

其一調到1.7eV的能帶差另一調到1.1eV

能獲得理論上50%的最大效能。

也就是說很多在其能帶差上具微小差異的材料層可能被堆疊來接近優於70%的最大理論效能。

適合太陽能電池的p-型版銦鎵氮化物能否製造依然有待瞭解。

不過隨著由相同合金所製造之LEDs的成功

這賦予了指望。

　　銦鎵氮化物的優點很多

其具有巨大的熱容量且如同其他三A族元素的氮化物一樣極耐輻射。

這些都是適合提供通信衛星及其他太空船動力之太陽能陣列的理想屬性。

參考資料 http://stdb.org/pnn/default.asp?news_id=457
其實有種甲烷水合物可以代替石油 台灣西南海域就富藏這種東西.......不然其實可以燃燒氫阿!! 氫的取得比較容易 只是成本會蠻高的吧......也許將磁場變化產生的電流 加以廣泛利用 也是好方法

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