美國研究人員發現，在砷化銦(InAs)量子點的上下方插入銻砷化鎵(GaAsSb)包覆層(cladding layer)，能控制該量子點的光學性質。這項簡單的新技術使研究人員不僅能控制量子點的形狀與大小，亦可操縱量子點的吸收與發光波長。這項成果對於次世代太陽電池應用的發展而言相當重要。
這項由加州大學洛杉磯分校(UCLA)的Meng Sun等人所完成的研究，對象為埋嵌於砷銻化鋁(AlAsSb)阻障層內的InAs量子點。Sun指出，這種半導體奈米結構適合用來製作中間能帶太陽能電池(intermediate-band solar cell, IBSC)，因為理論預測此結構能高效率地將太陽能轉換為電能。該團隊僅加入GaAs(Sb)包覆層，便能微調太陽電池內量子點的光學性質，顯示對於這些材料的性質擁有全新層次的控制能力。
UCLA團隊透過用功率相依及時間解析光致發光實驗，證實這些量子點具有第二型(type-II)能帶結構(即只有一種電荷載子被侷限在量子點內)。此類結構由於載子生命週期較長，有助於提升太陽電池效率，特別適合IBSC的應用。他們以原子力顯微鏡和穿遂式電子顯微鏡研究搭配不同包覆層之量子點的結構特性，並以光譜技術探究其光學特性。測量結果顯示，量子點的基態躍遷能量與光激發強度的立方根成正比，符合第二型能帶結構的行為。
該團隊也透過此實驗確認何種GaAs(Sb)包覆層能最佳優化InAs量子點的發光性質。他們使用分子束磊晶成長此半導體奈米結構，該技術可精準控制層厚與組成。Sun表示，他們能中斷InAs/AlAsSb基板的成長過程，在生長InAs量子點前後插入GaAs(Sb)包覆層，包覆層的厚度僅1.4 nm，但已足以改變量子點的行為。
Sun表示，該研究動機原先為求開發下一代IBSC太陽電池，而他們現在已能製作InAs/AlAsSb量子點，並且可藉由GaAs(Sb)包覆層加強其光學表現。該團隊目前計畫使用此新材料系統打造IBSC裝置並測試其效能。詳見Appl. Phys. Lett. 102, 023107 (2013)。
原始網站: http://nano.nchc.org.tw/
譯者:莫偉呈(茂迪太陽能)
責任編輯:蔡雅芝