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用于环保光伏的高性能氮化物半导体

东京工业大学的一个研究小组已经证明,氮化铜可以作为n型半导体,通过氟掺杂提供p型传导,利用适用于大规模生产的独特氮化技术和适当掺杂元素的计算搜索,以及使用同步辐射的原子分辨显微镜和电子结构分析。这些n型和p型氮化铜半导体可能潜在地取代光伏电池中的常规有毒或稀有材料。

与市场主导的硅太阳能电池板相比,薄膜光伏电池具有相同的效率并且可以降低材料成本。利用光伏效应,将特定p型和n型材料的薄层夹在一起以从太阳光产生电力。该技术有望为太阳能提供更光明的未来,与晶体硅技术相比,可实现低成本和可扩展的制造路线,即使在商业化薄膜太阳能电池中使用有毒和稀有材料。东京工业大学的一个团队面临挑战,寻找一种新的候选材料来生产更清洁,更便宜的薄膜光伏电池。

他们专注于一种简单的二元化合物,即由环保元素组成的氮化铜。然而,随着历史告诉我们开发氮化镓蓝LED,以高质量形式生长氮化物晶体具有挑战性。Matsuzaki和他的同事通过使用氨和氧化剂气体引入新的催化反应途径克服了这一困难。该化合物是具有过量电子的n型导体。另一方面,通过在晶体的开放空间中插入氟元素,他们发现这种n型化合物转化为p型,如理论计算所预测的,并通过原子分辨显微镜直接证实。

所有现有的薄膜光伏器件在构成夹层结构时都需要p型或n型合作伙伴,需要付出巨大努力才能找到最佳组合。由Matsuzaki和他的同事开发的相同材料中的P型和n型传导有利于设计高效太阳能电池结构而无需这样的努力。这种材料无毒,丰富,因此可能很便宜 - 是使用碲化镉和铜铟镓二硒薄膜太阳能电池的理想替代品。随着这些p型和n型半导体的发展,采用简单安全和丰富元素的可扩展成型技术,正面品质将进一步将薄膜技术带入光中

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