日本研究人员在InGaN中形成量子点，为利用所有波长太阳光开辟道路

 日本物质与材料研究机构2013年12月6日宣布，通过在太阳能电池材料氮化铟镓（InGaN）中形成多重量子点（中间带），成功利用了波长为450～750nm的太阳光。InGaN以前只能利用波长更短的太阳光，很难利用这一范围。据该研究机构介绍，因为可将太阳光的所有波长都转换为电力，所以有望大幅提高太阳能电池的转换效率。

提高太阳能电池转换效率的方法有两种，一种是改善材料品质及太阳能电池构造、从而提高将太阳能转换为电能的效率；另一种是扩大可利用的太阳光波长范围，不仅局限于特定范围的太阳光。就化合物半导体型太阳能电池而言，可利用的太阳光波长范围取决于使用的半导体材料的元素种类及晶体结构中特有的带隙，因此存在只能利用特定波长范围的光这个缺点。为此，业界已开始研究等，量子点太阳能电池通过嵌入由带隙尺寸不同的多种半导体材料层叠而成的串联结构及量子点结构，可利用波长更长的太阳光成分。但是，以前采用的结构因格子形状的差异以及可使用的半导体材料存在限制，很难大幅提高转换效率。


左为InGaN多重能级中间带太阳能电池的结构。右为InGaN多重能级中间带太阳能电池的能带概略图

日本物质及材料研究机构的研究小组注意到，GaN的结构与InN相同，而且工作波长范围包含了太阳光的所有波长。该研究小组认为，如果能够以调整了In成分的窒化氮化铟镓（InxGa1-xN）混晶为中心形成中间带，不仅可利用能量等于带隙能量的光，还可利用波长更长的光、也就是太阳光光谱的主要构成波长——绿色及黄色等可见光来提高转换效率。此次利用有机金属化学沉积法，制作出了在各量子阱中嵌入InGaN量子点的中间带太阳能电池。对这种太阳能电池的外部量子进行测量后发现，确实吸收了InGaN本来无法利用的450～750nm波长的光，并将光能转换成了电能。