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(yáng)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(yáng)能電池，從而大大穩(wěn)定了太陽(yáng)能電池的性能并使其壽命延長(zhǎng)。這也是國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了寬帶隙半導(dǎo)體在太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用。

近期，英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)的《材料化學(xué)》雜志發(fā)表了這一成果，在國(guó)際上引起廣泛關(guān)注。美國(guó)科技日?qǐng)?bào)等十多個(gè)科技網(wǎng)站對(duì)該項(xiàng)成果進(jìn)行了報(bào)道和轉(zhuǎn)載。

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(lái)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(zhǎng)；但與此相對(duì)應(yīng)，帶隙寬的一個(gè)缺點(diǎn)是這種材料對(duì)太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)能電池中，應(yīng)用較多的是硅太陽(yáng)能電池，但其壽命有限。針對(duì)硅電池壽命短的問(wèn)題，從2005年起，我校半導(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(zhǎng)的寬帶隙半導(dǎo)體，致力于寬帶隙半導(dǎo)體在太陽(yáng)能電池應(yīng)用的研究。

究竟能否變這種不可能為可能呢？經(jīng)過(guò)深入研究，課題組發(fā)現(xiàn)，有兩個(gè)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(dòng)起來(lái)。經(jīng)過(guò)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(yáng)能電池的材料，形成類似于PN結(jié)的帶階，讓電流流動(dòng)起來(lái)。

同時(shí)，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(guò)控制條件，讓兩種材料實(shí)現(xiàn)共格生長(zhǎng)，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(yáng)光的范圍。同時(shí)，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(lái)，吸光面積大幅度增加，吸光率也隨之提高。

目前，課題組研制的氧化鋅/硒化鋅量子同軸線太陽(yáng)能電池，相比于國(guó)際同類半導(dǎo)體器件，其0.7伏特開路電壓和9.5%最大外量子效率均為最高。項(xiàng)目主要完成人，我校物理與機(jī)電工程學(xué)院副教授吳志明介紹說(shuō)，接下來(lái)，課題組將在電阻、電極等方面對(duì)電池做進(jìn)一步完善，使之達(dá)到最佳狀態(tài)。