氧化鋅“納米矛”可提高太陽能電池效率

    美國密蘇里科技大學(Missouri University of Science and Technology)的研究人員表示，將一種氧化鋅(ZnO)制成的“納米矛(nanospears)”釘在太陽能電池表面，將可擴展其吸收光譜并因此提高太陽能電池的效率。

    而由于該種混合材料既能吸收光線也能發光，研究人員表示其應用范圍可望涵蓋超紫外光雷射(ultraviolet lasers)、廣譜固態照明(wide-spectrum solid-state lighting)，以及新式的壓電組件(piezoelectric devices)等等。

    “氧化鋅能吸收接近超紫外光光譜的光線，”密蘇里科技大學教授Jay Switzer表示：“這能與吸收近紅外線光譜的硅互補；若以上這兩部分光譜都能被利用，就可能實現更高的太陽能電池效率。”

    Switzer表示，過去在硅晶上長氧化鋅的嘗試，都僅獲得有限的成功，主要是因為這兩種材料的晶格并不協調；而研究人員將氧化鋅的晶格軸心傾斜，就解決了以上問題，并使氧化鋅能與硅精準匹配。

    由于氧化鋅是以一個不尋常的角度長在硅上，就像是釘在硅晶表面的納米尺寸矛那樣，使太陽能電池可吸收較長的超紫外光波長，也能吸收較短的紅外線波長。

    該種氧化鋅納米矛的長晶法，是利用一種飽和了鋅離子的堿性溶液淹沒硅晶圓表面，所長出的納米矛直徑約100~200納米，長度約1微米(micron)；透過一種自動排列制程，這些納米矛會以精準的角度在結晶硅表面自組裝(self-assembled)，將晶格不匹配的狀況降到最低。

    Switzer 表示：“這種系統會以51度的角度、在我們完全沒有介入的情況下達成晶格匹配。”該研究團隊的下一步是制作出太陽電池：“困難之處在于制作與氧化鋅納米矛接觸的觸點；其中一個方案是使用溶液觸點制作光電化學(photo-electrochemical)太陽能電池。”■