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厦大研发成功新型太阳能电池

www.jyb.cn 2011年05月24日   来源:科学时报

  □通讯员 李静

  日前,厦门大学物理与机电工程学院康俊勇教授课题组研发成功一种新型太阳能电池,即将氧化锌和硒化锌两种宽带隙半导体材料用作太阳能电池,从而大大稳定了太阳能电池的性能并使其寿命延长。这也是国际上首次实现了宽带隙半导体在太阳能电池中的应用。

  近期,英国皇家化学学会的《材料化学》杂志发表了这一成果,在国际上引起广泛关注。美国科技日报等十多个科技网站对该项成果进行了报道和转载。

  所谓宽带隙半导体,一般是指室温下带隙大于2.0电子伏特的半导体材料。从物理学上来讲,带隙越宽,其物理化学性质就越稳定,抗辐射性能越好,寿命也越长;但与此相对应,带隙宽的一个缺点是:这种材料对太阳光的吸收较少,光电转换效率低。由于这种“致命性缺陷”,宽带隙半导体材料以往在太阳能电池中不用作发电的关键结构,而仅用作电极。

  据介绍,目前,在太阳能电池中应用较多的是硅太阳能电池,但其寿命有限。针对硅电池“寿命短”的问题,从2005年起,厦门大学半导体光子学中心的专家们将眼光瞄向了具有稳定物理化学性质、抗辐射性能好、“寿命长”的宽带隙半导体,致力于“宽带隙半导体在太阳能电池应用”的研究。

  究竟能否变这种“不可能”为“可能”呢?经过深入研究,课题组发现,有两个制约“转化”的瓶颈:一是能否形成光生电流;二是能否提高宽带隙半导体的吸光率。

  最让课题组“费脑筋”的是如何让光电子“流动”起来。经过多次实验,课题组决定,选用两种宽带隙半导体材料——氧化锌和硒化锌作为太阳能电池的材料,形成类似于PN结的带阶,让电流“流动”起来。

  同时,课题组在提高吸光率上也大“做文章”——“改革”了以往的制备方式,通过控制条件,让两种材料实现共格生长,首次形成新型量子结构,大幅度降低了宽带隙半导体的有效带隙,增加了吸收太阳光的范围。同时,将叠层状的薄膜形式改为一根一根的同轴线形式,每根仅有200纳米。这样一来,吸光面积大幅度增加,吸光率也随之提高。

  目前,课题组研制的“氧化锌/硒化锌量子同轴线太阳能电池”,相比于国际同类半导体器件,其0.7伏特开路电压和9.5%最大外量子效率均为最高。项目主要完成人,厦门大学物理与机电工程学院副教授吴志明介绍说,接下来,课题组将在电阻、电极等方面对电池做进一步完善,使之达到最佳状态。

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{ 编辑:盛颖霞 }

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