氧化锌“纳米矛”可提高太阳能电池效率

    美国密苏里科技大学(Missouri University of Science and Technology)的研究人员表示，将一种氧化锌(ZnO)制成的“纳米矛(nanospears)”钉在太阳能电池表面，将可扩展其吸收光谱并因此提高太阳能电池的效率。

    而由于该种混合材料既能吸收光线也能发光，研究人员表示其应用范围可望涵盖超紫外光雷射(ultraviolet lasers)、广谱固态照明(wide-spectrum solid-state lighting)，以及新式的压电组件(piezoelectric devices)等等。

    “氧化锌能吸收接近超紫外光光谱的光线，”密苏里科技大学教授Jay Switzer表示：“这能与吸收近红外线光谱的硅互补；若以上这两部分光谱都能被利用，就可能实现更高的太阳能电池效率。”

    Switzer表示，过去在硅晶上长氧化锌的尝试，都仅获得有限的成功，主要是因为这两种材料的晶格并不协调；而研究人员将氧化锌的晶格轴心倾斜，就解决了以上问题，并使氧化锌能与硅精准匹配。

    由于氧化锌是以一个不寻常的角度长在硅上，就像是钉在硅晶表面的纳米尺寸矛那样，使太阳能电池可吸收较长的超紫外光波长，也能吸收较短的红外线波长。

    该种氧化锌纳米矛的长晶法，是利用一种饱和了锌离子的碱性溶液淹没硅晶圆表面，所长出的纳米矛直径约100~200纳米，长度约1微米(micron)；透过一种自动排列制程，这些纳米矛会以精准的角度在结晶硅表面自组装(self-assembled)，将晶格不匹配的状况降到最低。

    Switzer 表示：“这种系统会以51度的角度、在我们完全没有介入的情况下达成晶格匹配。”该研究团队的下一步是制作出太阳电池：“困难之处在于制作与氧化锌纳米矛接触的触点；其中一个方案是使用溶液触点制作光电化学(photo-electrochemical)太阳能电池。”■