提升Kesterite半导体的太阳能应用潜力 德国研究所把锡换成锗

硫铜锡锌矿（kesterite）是由铜、锡、锌和硒元素组成的半导体，可以当做太阳能电池的光吸收材料，但其转换效率最高仅达到 12.6%，而由相似元素组成的铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池则早已达到 20%。

即使 kesterite 半导体转换效率不高，但由于构成元素与 CIGS 太阳能相似，不会出现原料供应紧缺问题，因此该材料仍被认为是 CIGS 太阳能电池的替代选项。德国光电半导体元件实验室 Helmholtz-Zentrum Berlin（HZB）团队则致力于提升 kesterite 的太阳能应用潜力，并分析半导体构成与光电特性之间的关系，而在该研究中，团队把锡元素替换成锗（germanium）。

为了进一步分析材料，团队在 HZB 的研究型反应炉 BER II 进行研究，利用中子绕射（neutron diffraction）检测试样（sample），此方式可将铜、锌和锗分开，让他们可以待在晶格（crystal lattice）之内。

图为传统 Kesterite 阳离子的排列方式。（Source：HZB）

研究结果显示，高效率 kesterite 太阳能电池通常含有较少的铜与较多的锌，而同时还拥有最低浓度点缺陷（point defect）与铜锌失调。假如铜元素越多，越容易导致浓度点缺陷，而这些被认为会让太阳能性能降低。

而研究也进一步探索 kesterite 试样的材料能隙（energy band gap），主要作者 René Gunder 表示，材料能隙为半导体的特质。不同的能隙可吸收不同波段的太阳光，进而影响材料导电性与太阳能转换效率，而研究指出，锗金属可以增加光学能隙，使材料能吸收更多的光，并增加太阳能电池转换效率。

研究领导教授 Susan Schorr 指出，团队相信这类型的 kesterites 半导体不仅可用于太阳能电池，也可以用在其他用途，例如光催化剂，利用太阳能将水分解成氢气与氧气，并以化学能的方式储存太阳能。该研究已发布在晶体工程期刊《CrystEngComm》。

（本文由 EnergyTrend授权转载；首图来源：Flickr/Katy WarnerCC BY 2.0）

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