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掺硼金刚石太阳能电池!可持续能源的曙光

时间:2024-07-08浏览次数:53

随着全球对可再生能源的需求日益增长,太阳能光伏产业迅速崭露头角,成为绿色能源领域的重要一环。近日,研究人员报道了一项最新技术,使用掺硼金刚石制作成的伏电池代替硅基太阳能电池,这种材料不仅极其耐用且抗辐射,而且还表现出非常优异的电子特性。


目前,硅基太阳能电池依旧在光伏领域占据主导地位,但其高昂的制造成本和能耗较高的生产过程限制了其进一步普及,其次硅基材料理论极限难以突破,探索新型光伏材料成为行业最佳选择。随着钙钛矿、有机光伏材料等新材料,不断涌现,为光伏电池的性能提升提供了更多可能性。


在克服硅基材料物理限制的竞赛中,一个新的竞争者已经出现,科学家称这可能会彻底改变我们利用太阳能的方式,其强度、热容量和热能传导性甚至超过光伏之星“钙钛矿”,这种新型光伏材料就是金刚石。与硅基太阳能电池板不同,金刚石太阳能电池板可以直接利用大气中的二氧化碳和甲烷或甲烷制成,无需耗能的制造步骤。这主要是通过化学气相沉积(CVD) 的方法实现的。


与硅等传统半导体材料相比,金刚石半导体器件可以在更高的电压和电流下工作(使用更少的材料),并且仍然可以散热,而不会导致电气性能下降。随着金刚石半导体研究的进展,它们有可能克服传统太阳能电池板的理论局限性,成为光伏行业未来之星!


金刚石具有多项优异的特性,非常有利于其在太阳能工程中应用:

1. 超高热导率:金刚石超高的热导率对于太阳能电池至关重要,因为它可以帮助太阳能电池板快速驱散多余的热量,使器件获得最大效率,否则这些热量将会降低电池的性能。

2. 极高载流子迁移率和饱和速度:除了极其坚硬和抗辐射之外,金刚石还具有有利于太阳能收集的电子特性。金刚石具有极高载流子迁移率和饱和速度,这一特性对太阳能电池特别有益,可以很好地收集和运输由于吸收阳光而产生的电荷载流子,从而将太阳能电池板的效率提高到前所未有的水平。

3. 超宽带隙:金刚石的另一个显著特点是它的超宽带隙,它代表了电子从价带转移到导带所需的能量,这使材料能够吸收更高能量光子,包括太阳光谱的深紫外波段。科学家们正试图通过掺杂来调整金刚石,以创造一种吸收和转换太阳能的最佳材料。专家预计金刚石太阳能电池板能够吸收和转换更广泛的太阳能光谱,这会大大提高他们的效率。

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化合积电专注于金刚石材料的研究与生产,采用世界先进设备MPCVD制备高品质金刚石,其核心产品包括金刚石热沉片、晶圆级金刚石、金刚石窗口片、金刚石异质集成复合衬底等。化合积电聚焦科技前沿,目前金刚石掺杂领域获得了重要突破,这项技术将为器件的制作提供有力支持。


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