第一塊金剛石太陽能電池！光伏能源的未來？

近日，ECOticias網(wǎng)站上報(bào)道一項(xiàng)最新技術(shù)，使用摻硼金剛石制作成的伏電池代替硅基太陽能電池，這種材料不僅極其耐用且抗輻射，而且還表現(xiàn)出非常優(yōu)異的電子特性。這也是第一塊金剛石太陽能電池板，未來有可能克服傳統(tǒng)太陽能電池板的理論局限性，為光伏能源的未來開辟新途徑！

?? 未來太陽能電池板上不再有硅？

隨著全球?qū)?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E5%8F%AF%E5%86%8D%E7%94%9F%E8%83%BD%E6%BA%90/">可再生能源的需求日益增長(zhǎng)，太陽能光伏產(chǎn)業(yè)迅速嶄露頭角，成為綠色能源領(lǐng)域的重要一環(huán)。光伏技術(shù)的創(chuàng)新是推動(dòng)行業(yè)發(fā)展的核心動(dòng)力。近年來，隨著材料科學(xué)、半導(dǎo)體技術(shù)和制造工藝的不斷突破，光伏電池的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)得到了顯著提升。

目前，硅基太陽能電池依舊在光伏領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，但其高昂的制造成本和能耗較高的生產(chǎn)過程限制了其進(jìn)一步普及，其次硅基材料理論極限難以突破，探索新型光伏材料成為行業(yè)最佳選擇。隨著鈣鈦礦、有機(jī)光伏材料等新材料，不斷涌現(xiàn)，為光伏電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競(jìng)賽中，一個(gè)新的競(jìng)爭(zhēng)者已經(jīng)出現(xiàn)，科學(xué)家稱這可能會(huì)徹底改變我們利用太陽能的方式，其強(qiáng)度、熱容量和熱能傳導(dǎo)性甚至超過光伏之星“鈣鈦礦”，這種新型光伏材料就是金剛石！

與硅基太陽能電池板不同，金剛石太陽能電池板可以直接利用大氣中的二氧化碳和甲烷或甲烷制成，無需耗能的制造步驟。這主要是通過化學(xué)氣相沉積(CVD) 的方法實(shí)現(xiàn)的。

“要擁有一個(gè)需要高電流和高電壓的電網(wǎng)，從而使太陽能電池板和風(fēng)力渦輪機(jī)等應(yīng)用變得更加高效，那么我們需要一種沒有熱限制的技術(shù)。這就是鉆石的用武之地。研究人員說道。

???為什么鉆石可以提升太陽能電池板的效率？

與硅等傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料相比，金剛石半導(dǎo)體器件可以在更高的電壓和電流下工作（使用更少的材料），并且仍然可以散熱，而不會(huì)導(dǎo)致電氣性能下降。隨著金剛石半導(dǎo)體研究的進(jìn)展，它們有可能克服傳統(tǒng)太陽能電池板的理論局限性，成為光伏行業(yè)未來之星！

金剛石這么多項(xiàng)優(yōu)異的特性，是非常有利于其在太陽能工程中應(yīng)用。

首先金剛石超高的熱導(dǎo)率對(duì)于太陽能電池至關(guān)重要，因?yàn)樗梢詭椭柲茈姵匕蹇焖衮?qū)散多余的熱量，使器件獲得最大效率，否則這些熱量將會(huì)降低電池的性能。

除了極其堅(jiān)硬和抗輻射之外，金剛石還具有有利于太陽能收集的電子特性。金剛石具有極高載流子遷移率和飽和速度，這一特性對(duì)太陽能電池特別有益，可以很好地收集和運(yùn)輸由于吸收陽光而產(chǎn)生的電荷載流子，從而將太陽能電池板的效率提高到前所未有的水平。

金剛石的另一個(gè)顯著特點(diǎn)是它的超寬帶隙，它代表了電子從價(jià)帶轉(zhuǎn)移到導(dǎo)帶所需的能量，這使材料能夠吸收更高能量光子，包括太陽光譜的深紫外波段。科學(xué)家們正試圖通過摻雜來調(diào)整金剛石，以創(chuàng)造一種吸收和轉(zhuǎn)換太陽能的最佳材料。專家預(yù)計(jì)金剛石太陽能電池板能夠吸收和轉(zhuǎn)換更廣泛的太陽能光譜，這會(huì)大大提高他們的效率。

???如何制造出金剛石太陽能電池板的？

這并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的過程。

金剛石太陽能電池板可以通過化學(xué)氣相沉積法制造，將甲烷和氫氣氣體混合物送入真空腔，并用微波、熱燈絲或等離子體熱量將其激活進(jìn)一步激活。隨后，碳?xì)浠衔餁怏w分解并產(chǎn)生原子碳，碳原子沉積在硅或金屬等基底上，形成一層薄薄的金剛石層。

基底為金剛石的形成提供了支撐，基底的表面特性對(duì)金剛石薄膜的特性和生長(zhǎng)方向有重要影響，這與鈣鈦礦的情況類似，但結(jié)果卻大不相同。

目前，雖然金剛石太陽能電池板的成本效益尚未與純硅相媲美，也無法超越鈣鈦礦，但摻雜金剛石仍然是需要極端環(huán)境和高效太陽能電池板的應(yīng)用（例如太空探索）的首選。

科學(xué)家們認(rèn)為，這項(xiàng)技術(shù)也將是下個(gè)世紀(jì)（22世紀(jì)）的重要發(fā)明。事實(shí)上，金剛石太陽能電池板為利用光伏能源未來開辟了一條新途徑！