日前,廈門大學(xué)物理與機(jī)電工程學(xué)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(dǎo)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(shí)現(xiàn)了寬帶隙半導(dǎo)體在太陽能電池中的應(yīng)用。近期,英國皇家化學(xué)學(xué)會的《材料化學(xué)》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(dǎo)體,一般是指室溫下帶隙大于2.0電子伏特的半導(dǎo)體材料。從物理學(xué)上來講,帶隙越寬,其物理化學(xué)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(yīng),帶隙寬的一個缺點(diǎn)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(dǎo)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(yīng)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(xué)半導(dǎo)體光子學(xué)中心的專家們將眼光瞄向了具有穩(wěn)定物理化學(xué)性質(zhì)、抗輻射性能好、“壽命長”的寬帶隙半導(dǎo)體,致力于“寬帶隙半導(dǎo)體在太陽能電池應(yīng)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(dǎo)體的吸光率。
最讓課題組“費(fèi)腦筋”的是如何讓光電子“流動”起來。經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn),課題組決定,選用兩種寬帶隙半導(dǎo)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(shí)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(dǎo)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。