美國科學家最近藉由在一種新式太陽電池上施加電場的方式，成功的提高其轉換效率。這種新式太陽電池是由低成本的磷化鋅(Zinc phosphide)及石墨烯(graphene)所構成，兩種材料間不需要類似半導體的p-n接面，適合應用在全年光強度變化幅度很大的區域。 製作太陽電池的光吸收材料除了昂貴的矽之外，還有其它較便宜且蘊藏量豐富的半導體材料，如磷化鋅、銅鋅錫硫化物、氧化亞銅和硫化鐵等。然而為了能有效地將光能轉成電能，這些材料必需透過昂貴的掺雜過程來形成同質介面，或需要互補式發射體(Complementary emitter)材料來形成高品質的P-N異質介面。 由Alex Zettl、Harry Atwater及Michael Crommie領導的科夫里能源奈米科學研究所(Kavli Energy Nanosciences Institute)、加大柏克萊分校及勞倫斯-伯克萊國家實驗室聯合團隊藉由製作簡單的石墨烯而非半導體接面，克服了上述問題，而在接面的閘極施加電壓還可以調整石墨烯和相鄰的硫化鋅間的能障，提升太陽能電池的光能-電能轉換效率。 團隊成員之一的Oscar Vazquez-Mena表示，這種新式太陽電池比傳統太陽電池還容易製作。基本上，他們將長在銅基板上的石墨烯轉移到硫化鋅薄膜上，形成石墨烯/硫化鋅接面後，再將絕緣層加在石墨烯上方，最後在絕緣層上加上電極。 傳統太陽電池是由兩塊電子能階不同的半導體所組成，兩塊半導體接觸後會形成能障(Energy Barrier)將電子分隔開，就像水壩將兩側的水分隔成不同水位。能障的大小是半導體的本質特性，很難藉由外力去改變。在太陽能電池內，電荷就像處於低水位的水，當太陽給電荷足夠的能量後，電荷就會躍過能障到另一個電子能階。 Vazquezr說明，在電極上施加偏壓就像調整水壩的高度，可藉此調整石墨烯和硫化鋅間的能障值，找出最佳的光能-電能轉換效率。未施加偏壓時，硫化鋅-石墨烯太陽電池的轉換效率只有1%；在2V的偏壓下，轉換效率可以提升到2%。由於可調整能障來獲得最佳轉換效率，這類太陽電池或許很適合在陽光變化較大的區域使用。 該團隊正嘗試改善石墨烯/硫化鋅接面的品質，以追求更高的光電流，未來也計畫將能障調整技術應用在便宜及容易取得的材料上，例如使用石墨烯本身或透明導電材料氧化銦錫(ITO)當作上電極。詳見Nano Lett. | DOI: 10.1021/nl500925n。 |