日本在InGaN中形成量子點(diǎn)，為利用所有波長(zhǎng)太陽(yáng)光開(kāi)辟道路

日本物質(zhì)與材料研究機(jī)構(gòu)2013年12月6日宣布，通過(guò)在太陽(yáng)能電池材料氮化銦鎵（InGaN）中形成多重量子點(diǎn)（中間帶），成功利用了波長(zhǎng)為450～750nm的太陽(yáng)光。InGaN以前只能利用波長(zhǎng)更短的太陽(yáng)光，很難利用這一范圍。據(jù)該研究機(jī)構(gòu)介紹，因?yàn)榭蓪⑻?yáng)光的所有波長(zhǎng)都轉(zhuǎn)換為電力，所以有望大幅提高太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。

提高太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率的方法有兩種，一種是改善材料品質(zhì)及太陽(yáng)能電池構(gòu)造、從而提高將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的效率；另一種是擴(kuò)大可利用的太陽(yáng)光波長(zhǎng)范圍，不僅局限于特定范圍的太陽(yáng)光。就化合物半導(dǎo)體型太陽(yáng)能電池而言，可利用的太陽(yáng)光波長(zhǎng)范圍取決于使用的半導(dǎo)體材料的元素種類及晶體結(jié)構(gòu)中特有的帶隙，因此存在只能利用特定波長(zhǎng)范圍的光這個(gè)缺點(diǎn)。為此，業(yè)界已開(kāi)始研究等，量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池通過(guò)嵌入由帶隙尺寸不同的多種半導(dǎo)體材料層疊而成的串聯(lián)結(jié)構(gòu)及量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)，可利用波長(zhǎng)更長(zhǎng)的太陽(yáng)光成分。但是，以前采用的結(jié)構(gòu)因格子形狀的差異以及可使用的半導(dǎo)體材料存在限制，很難大幅提高轉(zhuǎn)換效率。

日本物質(zhì)及材料研究機(jī)構(gòu)的研究小組注意到，GaN的結(jié)構(gòu)與InN相同，而且工作波長(zhǎng)范圍包含了太陽(yáng)光的所有波長(zhǎng)。該研究小組認(rèn)為，如果能夠以調(diào)整了In成分的窒化氮化銦鎵（InxGa1-xN）混晶為中心形成中間帶，不僅可利用能量等于帶隙能量的光，還可利用波長(zhǎng)更長(zhǎng)的光、也就是太陽(yáng)光光譜的主要構(gòu)成波長(zhǎng)——綠色及黃色等可見(jiàn)光來(lái)提高轉(zhuǎn)換效率。此次利用有機(jī)金屬化學(xué)沉積法，制作出了在各量子阱中嵌入InGaN量子點(diǎn)的中間帶太陽(yáng)能電池。對(duì)這種太陽(yáng)能電池的外部量子進(jìn)行測(cè)量后發(fā)現(xiàn)，確實(shí)吸收了InGaN本來(lái)無(wú)法利用的450～750nm波長(zhǎng)的光，并將光能轉(zhuǎn)換成了電能。