這意味著n型和p型氮化銅半導(dǎo)體可能潛在地取代光伏電池中的有毒或稀有材料。

 

圖片來源：Advanced Materials）

 

上圖為：（a）銅和氮化銅（b）P型和N型氮化銅的理論計(jì)算（c）氟摻雜的氮化銅中的氟位置。下圖為：（a）在與氨和氧反應(yīng)之前和之后的薄膜銅板的圖像 銅金屬已轉(zhuǎn)變?yōu)榈~（b）銅摻雜n型半導(dǎo)體和氟摻雜p型半導(dǎo)體 （c）氮以紅色繪制，氟以綠色繪制，銅以藍(lán)色繪制。 如理論計(jì)算所預(yù)測的，氟位于晶體的中心。

 

與市場主導(dǎo)的硅太陽能電池板相比，薄膜光伏電池具有相同的效率并且可以降低材料成本。利用光伏效應(yīng)，將特定p型和n型材料的薄層夾在一起，在太陽光的輻射下產(chǎn)生電力。

 

該技術(shù)有望為太陽能提供更光明的未來，與晶體硅技術(shù)相比，可實(shí)現(xiàn)低成本的大規(guī)模生產(chǎn)，目前商業(yè)化薄膜太陽能電池中仍然使用有毒和稀有材料，因此東京工業(yè)大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)面臨著一個(gè)挑戰(zhàn)，尋找一種新的候選材料來生產(chǎn)更清潔，更便宜的薄膜光伏電池。

 

該研究小組現(xiàn)專注于合成一種簡單的二元化合物，即由環(huán)保元素組成的氮化銅。然而，從過去開發(fā)的氮化鎵藍(lán)LED以來，到以高質(zhì)量形式生長氮化物晶體，顯得更富有挑戰(zhàn)性。Matsuzaki和他的同事通過使用氨和氧化劑氣體引入新的催化反應(yīng)途徑克服了這一困難。通過圖（a）中的照片描繪的該化合物是具有過量電子的n型導(dǎo)體。另一方面，通過在晶體的中心位置插入氟元素，他們發(fā)現(xiàn)這種n型化合物可以轉(zhuǎn)化為p型，正如理論計(jì)算所預(yù)測，原子分辨顯微鏡下已證實(shí)氟元素和氮元素的存在（如圖（b）和（c）所示）。

 

目前，所有薄膜光伏器件在形成夾層結(jié)構(gòu)時(shí)都需要p型或n型化合物，因此我們需要付出巨大努力才能找到最佳組合。然而Matsuzaki和他的同事開發(fā)的p型和n型半導(dǎo)體不僅有利于設(shè)計(jì)高效太陽能電池結(jié)構(gòu)，且這種材料環(huán)保無毒，成本低廉，是碲化鎘和銅銦鎵二硒薄膜太陽能電池的理想替代品。

 

隨著這些p型和n型半導(dǎo)體的發(fā)展，采用簡單安全元素結(jié)合可擴(kuò)展成型技術(shù)，將進(jìn)一步將薄膜技術(shù)帶入光伏電池中。