明志科大材料系研究團隊合作開發 大地豐富的金屬硫族化合物光伏電池技術

文章來源:明志科技大學   發表時間:2020/12/22 瀏覽次數:42348
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「半導體」以及「新能源科技」是台灣經濟的兩大命脈。明志科大材料系陳政營助理教授與東海大學物理系簡世森教授研究團隊合作開發大地豐富的金屬硫族化合物光伏電池:銅鋅錫硫硒(CZTSSe)及其光反應阻抗頻譜技術,並發表於國際知名期刊《ACS Applied Electronic Materials》。

發展再生能源是世界之趨勢,而薄膜太陽能電池為再生能源重點發展之一,其原理是利用光伏效應將光能轉化為電能。目前銅銦鎵硫硒與碲化鎘化合物半導體的薄膜太陽能電池最高能源傳換效率可大於20%,且由於這類薄膜材料光譜響應範圍較寬、吸收係數高,故對弱光的敏感度高,具有在弱光下發電的能力,所以其有效發電時間比矽晶電池長的多。

但因為鎘有毒元素,且銦、鎵、碲含量稀少,因此使其無法達到兆瓦級的全球功耗需求。因此發展廉價、大地含量豐富的薄膜太陽能電池材料便得到了廣泛的關注。而新一代金屬硫族化合物:銅鋅錫硫硒由於它的組成全是大地豐富、無毒的元素,且同時具有與銅銦鎵硫硒類似的光電特性,將是最具潛力的替代光伏能源材料之一。

另外,因為薄膜太陽能電池相對於矽晶電池具有高的功率重量比,日前研究報導更預測薄膜光伏電池在十年內會有超過一百倍的市場成長。由於銅鋅錫硫硒對弱光敏感度高及可調變的能隙寬度,IBM 研究人員更指出其將可為分散式物聯網元件供電。故更顯得光反應阻抗頻譜技術在發展銅鋅錫硫硒光伏電池研究之重要性。

在薄膜太陽能電池中半導體p-n異質結的電學性質對於電荷傳輸和功率轉換至關重要。研究團隊利用650 nm和473 nm雷射照射下量測銅鋅錫硫硒太陽能電池之阻抗頻譜反應以對其異質結進行研究。此結果證明金屬硫族化合物光伏電池中,常被選用的ZnO / CdS結之電阻其實不利於光生電子的收集,因而若想進一步提升電池效率,介面材料(/能帶)選用將會是未來改善元件效能之關鍵。

明志科技大學材料系網址:https://mse.mcut.edu.tw/

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