日本科学家利用磷化铟纳米线来提升太阳能电池效能

北海道大学(Hokkaido University)与日本厂商Honda集团以图案化的二氧化硅薄膜为模版，利用区域选择性外延(selective-area epitaxial)技术处理化合物半导体，共同研究出磷化铟(InP)的核壳(core-shell)结构纳米线太阳能电池，并宣称其个别转换效率高达12.3%。

北海道大学的Junichi Motohisa表示，壳核纳米线太阳能电池在光吸收与载子扩散的问题上，能提供比平面型电池更好的折衷表现。为了避免触媒污染影响效率，研究人员舍弃热门的气-液-固成长法(vapor-liquid-solid, VLS)，改采金属氧化物化学气相沉积法(metal-oxide chemical vapor deposition, MOCVD)来生长纳米线。

Motohisa等人使用的纳米线具有平均直径为135 nm的p型InP内核，外面包覆n型外壳，整体直径为209 nm。他们选择以InP来发展太阳能电池，是因为比起GaAsInP受表面态(surface state)的影响较小，因此载子复合损失也较低。

要生长纳米线而非连续层的关键，在于在InP基板顶端20 nm厚的二氧化硅薄膜上制作图案。研究团队利用电子束微影术与湿蚀刻制作出间隔400 nm、宽130 nm的孔洞。Motohisa表示，若要大面积制作这些图案，采用纳米压印(nanoimprint)微影术将是最有效的方法。

研究人员在长好的纳米线之间填入树脂(resin)，再溅镀上ITO电极，并加入梳状的银电极，基板的背侧则使用金锌的合金电极。制成的电池具有1.0 cm×1.0 cm的表面积，其中包含了三块面积为2.0 mm×2.6 mm的纳米线活性区，在太阳能电池的量测标准光谱(AM 1.5G)条件下，可提供0.43 V的开路电压，转换效益为3.37%。

Motohisa指出，纳米线具有类似抗反射镀膜的效果，可提高太阳光的吸收，且由于纳米线不用覆盖整个主动区，半导体材料的用量也较省。如果能够克服材料与组件制作成本的问题，这种具有高转换效率潜力的光伏组件，将有机会打入消费性产品市场。（编辑：于占涛）