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半導體太陽能電池新品 克服關鍵挑戰更廉價

鉅大LARGE  |  點擊量:95次  |  2020年04月21日  

摘要
據美國物理學家組織網11月9日報道,美國科學家開發出一種新技術,首次成功地將復合半導體納米線整合在硅晶圓上,攻克了用這種半導體制造太陽能電池會遇到的晶格錯位這一... 關鍵字:復合半導體納米線 硅晶圓 太陽能電池 李秀玲。

據美國物理學家組織網11月9日報道,美國科學家開發出一種新技術,首次成功地將復合半導體納米線整合在硅晶圓上,攻克了用這種半導體制造太陽能電池會遇到的晶格錯位這一關鍵挑戰。他們表示,這些細小的納米線有望帶來優質高效且廉價的太陽能電池和其他電子設備。相關研究發表在《納米快報》雜志上。


IIIV族化合物半導體指元素周期表中的III族與V族元素結合生成的化合物半導體,主要包括鎵化砷、磷化銦和氮化鎵等,其電子移動率遠大于硅的電子移動率,因而在高速數字集成電路上的應用比硅半導體優越,有望用于研制將光變成電或相反的設備,比如高端太陽能電池或激光器等。然而,它們無法與太陽能電池最常見的基座硅無縫整合在一起,因此,限制了它們的應用。


每種晶體材料都有特定的原子間距晶格常數(點陣常數),IIIV族半導體在制造太陽能電池的過程中遭遇的最大挑戰一直是,這種半導體沒有同硅一樣的晶格常數,它們無法整齊地疊層堆積在一起。該研究的領導者、伊利諾伊大學電子和計算機工程教授李秀玲(音譯)解釋道,當晶體點陣排列不整齊時,材料之間會出現錯位。此前,科學家們一般將IIIV族半導體沉積在一個覆蓋有一層薄膜的硅晶圓上方,但晶格失配會產生壓力從而導致瑕疵,降低所得到設備的性能。


而在最新研究中,科學家們摒棄了薄膜,讓一個細小的、排列緊湊的IIIV族化合物半導體組成的納米線陣列垂直在硅晶圓上生長。李秀玲表示:這種納米線幾何圖形通過使失配應變能真正通過側壁消失,從而更好地擺脫了晶格匹配的限制。


科學家們發現了讓不同銦、砷、鎵組成的IIIV族半導體生長所需要的不同環境。最新方法的優勢在于,他們可以使用普通的生長技術而不需要特殊的方法讓納米線在硅晶圓上生長,也不需要使用金屬催化劑。


這種納米線的幾何形狀能通過提供更高的光吸收效率和載荷子收集效率來增強太陽能電池的性能,其也比薄膜方法用到的材料更少,因此降低了成本。


李秀玲相信,這種納米線方法也能廣泛地用于其他半導體上,使得其他因晶格失配而受阻的應用成為可能。其團隊很快將展示優質高效的、基于納米線的多結點串聯太陽能電池。


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