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提升硫铜锡锌矿的太阳能应用潜力,德国研究所把锡换成锗

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来源: energy trend   发布者:energy trend
热度79票   时间:2018年4月05日 05:52
硫铜锡锌矿(kesterite)是由铜、锡、锌和硒元素组成的半导体,可以当做太阳能电池的光吸收材料,但其转换效率最高仅达到 12.6%,而由相似元素组成的铜铟镓硒(CIGS)太阳能电池则早已达到 20%。

即使 kesterite 半导体转换效率不高,但由于构成元素与 CIGS 太阳能相似,不会出现原料供应紧缺问题,因此该材料仍被认为是 CIGS 太阳能电池的替代选项。德国光电半导体元件实验室 Helmholtz-Zentrum Berlin(HZB)团队则致力于提升 kesterite 的太阳能应用潜力,并分析半导体构成与光电特性之间的关系,而在该研究中,团队把锡元素替换成锗(germanium)。

为了进一步分析材料,团队在 HZB 的研究型反应炉 BER II 进行研究,利用中子绕射(neutron diffraction)检测试样(sample),此方式可将铜、锌和锗分开,让他们可以待在晶格(crystal lattice)之内。

▲ 图为传统 Kesterite 阳离子的排列方式。(Source:HZB)

研究结果显示,高效率 kesterite 太阳能电池通常含有较少的铜与较多的锌,而同时还拥有最低浓度点缺陷(point defect)与铜锌失调。假如铜元素越多,越容易导致浓度点缺陷,而这些被认为会让太阳能性能降低。

而研究也进一步探索 kesterite 试样的材料能隙(energy band gap),主要作者 René Gunder 表示,材料能隙为半导体的特质。不同的能隙可吸收不同波段的太阳光,进而影响材料导电性与太阳能转换效率,而研究指出,锗金属可以增加光学能隙,使材料能吸收更多的光,并增加太阳能电池转换效率。

研究领导教授 Susan Schorr 指出,团队相信这类型的 kesterites 半导体不仅可用于太阳能电池,也可以用在其他用途,例如光催化剂,利用太阳能将水分解成氢气与氧气,并以化学能的方式储存太阳能。该研究已发表在晶体工程期刊《CrystEngComm》。


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