日前，廈門大學物理與機電工程學院康俊勇教授課題組研發(fā)成功一種新型太陽能電池，即將氧化鋅和硒化鋅兩種寬帶隙半導體材料用作太陽能電池，從而大大穩(wěn)定了太陽能電池的性能并使其壽命延長。這也是國際上首次實現(xiàn)了寬帶隙半導體在太陽能電池中的應用。近期，英國皇家化學學會的《材料化學》雜志發(fā)表了這一成果，在國際上引起廣泛關(guān)注。
所謂寬帶隙半導體，一般是指室溫下帶隙大于2.0電子伏特的半導體材料。從物理學上來講，帶隙越寬，其物理化學性質(zhì)就越穩(wěn)定，抗輻射性能越好，壽命也越長；但與此相對應，帶隙寬的一個缺點是——這種材料對太陽光的吸收較少，光電轉(zhuǎn)換效率低。由于這種“致命性缺陷”，寬帶隙半導體材料以往在太陽能電池中不用作發(fā)電的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，而僅用作電極。
據(jù)介紹，目前，在太陽能電池中，應用較多的是硅太陽能電池，但其壽命有限。針對硅電池“壽命短”的問題，從2005年起，廈門大學半導體光子學中心的專家們將眼光瞄向了具有穩(wěn)定物理化學性質(zhì)、抗輻射性能好、“壽命長”的寬帶隙半導體，致力于“寬帶隙半導體在太陽能電池應用”的研究。
經(jīng)過深入研究，課題組發(fā)現(xiàn)，有兩個制約“轉(zhuǎn)化”的瓶頸：一是能否形成光生電流；二是能否提高寬帶隙半導體的吸光率。
最讓課題組“費腦筋”的是如何讓光電子“流動”起來。經(jīng)過多次實驗，課題組決定，選用兩種寬帶隙半導體材料——氧化鋅和硒化鋅作為太陽能電池的材料，形成類似于PN結(jié)的帶階，讓電流“流動”起來。
同時，課題組在提高吸光率上也大“做文章”——“改革”了以往的制備方式，通過控制條件，讓兩種材料實現(xiàn)共格生長，首次形成新型量子結(jié)構(gòu)，大幅度降低了寬帶隙半導體的有效帶隙，增加了吸收太陽光的范圍。同時，將疊層狀的薄膜形式改為一根一根的同軸線形式，每根僅有200納米。這樣一來，吸光面積大幅度增加，吸光率也隨之提高。(科技日報) |
