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，新增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，吸光面積大幅度新增，吸光率也隨之提高。