層狀結構催生新世代太陽電池
- 上線日期：2012/8/30 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
澳洲科學家研發出一種逐層沉積(layer-by-layer deposition)技術，可製作出品質優良的漸變式太陽電池(graded solar cell)。雖然此元件目前的功率轉換效率相對偏低(約為7%)，但此研究提供了一個未來製作高效能、低成本太陽電池的重要藍圖。
澳洲科學與工業研究組織(CSIRO)的Jacek Jasieniak團隊與墨爾本(Melbourne)大學的研究同伴們，利用以溶液為主的逐層沉積法，來製作碲硒鎘太陽能電池，並有系統地改變硒與碲之間的比值。他們先將含有直徑約5 nm的硒化鎘奈米晶體溶液塗佈於透明導電基板上，接著以化學及熱方式處理得到的薄膜，使薄膜中的晶體直徑成長至50至100 nm之間，以獲得更適合太陽電池應用的光學與電學性質。此步驟會重複數次直至薄膜厚度達到要求。研究人員另外沉積一層氧化鋅奈米晶體薄膜，以確保元件有正確的電子結構，最後在製作附著於太陽電池背面的鋁電極，用來收集光激發的電子與電洞。
研究人員指出，此製程的關鍵在於形成合金。在該研究中，他們在溶液中混合了碲化鎘(CdTe)與硒化鎘(CdSe)兩種半導體材料，而非單獨採用碲化鎘晶體。實驗發現，當CdTe:CdSe混合物薄膜加熱至350°C時，這些晶體不再維持相互獨立，而會形成合金結構CdSexTe1–x。
CdSexTe1–xx的性質不同於CdSe與CdTe。藉由改變合金薄膜內硒與碲的相對含量，研究人員得以調變材料性質。例如將元件的光譜響應擴大至紅外光區。這是因為CdSexTe1–x合金內產生一種光彎曲(optical bowing)效應，造成合金的能隙小於單獨的CdTe與CdSe，因此能吸收能量較小的紅外光子。這對太陽電池相當重要，因為太陽輻射約有40%落於紅外光頻譜內。
測量結果顯示此CdSexTe1-x太陽電池的確能吸收部分紅外光子，並將其轉換成有用的光電流。該團隊表示，此溶液沉積法亦可應用於其他材料，用來製作其他光電元件如發光二極體及電晶體等。此法甚至可望用來發展串疊型太陽電池(tandem solar cell)，其中一層主要吸收可見光，另一層則吸收紅外光，如此一來便可涵蓋整個太陽光頻譜，所以能獲得較佳的功率轉換效率。
該團隊計畫進一步研究此CdSexTe1-x太陽電池的特性，並試圖提升其轉換效率。此外，他們也持續開發其他新穎材料及元件結構，希望研發出次世代的太陽電池。詳見ACS Nano｜DOI: 10.1021/nn3009189。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/50259
譯者:莫偉呈(茂迪太陽能)
責任編輯:蔡雅芝
- 相關附件: