美制造新晶體材料可提高光伏電池效率

美國(guó)每日科學(xué)網(wǎng)站報(bào)道指出，晶體是二極管的核心。這里所說(shuō)的晶體并不是存在于石英中的自然形成的晶體，而是人工制造用以組成合金（例如氮化銦鎵）的晶體材料。這種合金可形成發(fā)光二極管（可見(jiàn)光頻段內(nèi)）及激光二極管（藍(lán)色紫外頻段內(nèi)）的發(fā)光區(qū)域。

如何制造更為出色的晶體材料——具有較高的結(jié)晶特性、光發(fā)射效率及發(fā)光度——也是亞利桑那州立大學(xué)物理系教授費(fèi)爾南多·龐斯研究團(tuán)隊(duì)中的科學(xué)家亞歷克斯·費(fèi)希爾和博士候選人魏勇（音）正在進(jìn)行的研究重點(diǎn)。在《應(yīng)用物理通訊》雜志最近發(fā)表的一篇論文中，這個(gè)研究小組揭示了一種培育二極管用氮化銦鎵晶體材料新方法的基本原理，這種新方法可望推動(dòng)光伏太陽(yáng)能電池技術(shù)獲得突破性的效率。與該小組進(jìn)行合作的是佐治亞理工學(xué)院教授艾倫·杜利特爾所領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)。

報(bào)道指出，這些氮化銦鎵晶體是在藍(lán)寶石基片上培育出的層狀結(jié)構(gòu)。與往常一樣，研究人員發(fā)現(xiàn)這些層狀結(jié)構(gòu)的原子間距存在差異：這一現(xiàn)象可能導(dǎo)致高度壓力、生長(zhǎng)中斷以及合金化學(xué)組成的波動(dòng)等。

龐斯教授說(shuō)：“減弱這種壓力并提高氮化銦鎵晶體形成過(guò)程中的均勻性將是十分有益的，但這很難實(shí)現(xiàn)。培養(yǎng)這些層狀結(jié)構(gòu)類似于設(shè)法把蜂房尺寸不同的2個(gè)蜂巢天衣無(wú)縫地結(jié)合到一起，把這樣2個(gè)蜂巢合并到一起時(shí)，尺寸的差異會(huì)擾亂蜂房的規(guī)律性排列?！?/p>

根據(jù)研究人員在論文中的敘述，他們所發(fā)明的方法采用了分子脈沖來(lái)取得所需要的合金組成。由杜利特爾發(fā)明的這種方法名叫“調(diào)制取向外延法”。龐斯說(shuō)：“這一技術(shù)使晶體材料在原子水平上的層狀生長(zhǎng)成為可能。

論文第一作者費(fèi)希爾和合作者魏勇在納米水平上對(duì)原子排列和發(fā)光度進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，利用取向外延法技術(shù)培育的薄膜擁有幾乎理想的特性，并揭示了這種意外的結(jié)果來(lái)自于晶體第一原子層生長(zhǎng)過(guò)程中的壓力減弱。

龐斯說(shuō)：“杜利特爾的團(tuán)隊(duì)組裝出了一個(gè)更加均勻且晶格可以匹配到一起的終極晶體……從而得到了一種近似于完美晶體的薄膜。發(fā)光度也與完美晶體接近。這在我們的領(lǐng)域中曾被認(rèn)為是不可能的事情。”

報(bào)道稱，消除晶體材料組成的非均勻性和晶格失配這2個(gè)曾經(jīng)似乎是無(wú)法克服的缺陷，最終將意味著今后可以開(kāi)發(fā)出效率大大提高的發(fā)光二極管和太陽(yáng)能光伏產(chǎn)品。