TInergy系列文章（八）光伏能带隙工程：一个简单却富有挑战性的概念

作者：德州仪器（TI） Nagarajan Sridhar， 更多精彩内容，请访问TInergy

您是否曾经思考过一块太阳能电池的功能和工作原理？它的功能非常简单：那就是将太阳光转换成电；而它的工作原理并不十分复杂。太阳能电池其实就是一种半导体，半导体的主要特征是具有能量有限的能带隙。简单来说，当太阳光照射到太阳能电池上时，载流子（即电子和空穴）跳过能带隙，当其连接负载时便产生电流。

既然这一概念如此简单，那么为什么这种技术还仍然处在一个从导入期向成熟期迈进的阶段呢？答案就是硅，这种资源最为丰富的半导体材料具有能带隙，并非很适合进行光电能量转换。由于存在这种固有的能带隙特性，因此载流子跳过能带隙这一物理过程导致大量能量以热或热能形式被浪费掉。

就光伏而言，较适合的半导体材料是没有热量损耗的半导体。于是，解决方法便是找到具有高采集效率及最佳能带隙的适宜材料。这种半导体被称为复合半导体。复合半导体在性质上属于无机物，由一种以上的元素构成。由于适宜的元素比例可以改变能带隙及其特性，因此找到复合材料的最佳化学计量法（各种元素的比例）存在巨大的挑战。经过数年的反复试验和不懈的努力，我们最终完成了这种理想材料的配比工作。这种化学计量法是具有专利权的。与此同时，最近的科研成就使得开发可靠复合材料生产技术成为研究主题，越来越受到人们的关注。

最近，向诸如传感器和传动器等极低/超低功耗的器件功能组件供电的能量采集领域开启了研发新型太阳能电池材料（即可调能带隙半导体）及应用的新篇章。这就是在涵盖从红外到紫外光谱的传感器市场中倍受关注的有机太阳能电池。上述半导体材料使太阳能电池成为消费类和工业市场中的重要一，同时人们正在对复合无机半导体进行开发，以期实现生产成本效率，从而达到或低于现有电力企业应用的传统发电成本。

德州仪器 (TI) 对诸如能量采集器等低功耗器件的远见及其在设计和材料开发方面的专业技术将把这一发展推向下一个能源技术前沿。