環保型高性能氮化物光伏半導體

東京工業大學的一個研究小組已經證明，氮化銅自身可以作為n型半導體，氮化銅通過氟摻雜後可以提供p型傳導。這一結果是利用適用於大規模生產的獨特氮化技術、模擬計算以尋求合適的摻雜元素、以及使用同步輻射的原子分辨顯微鏡和電子結構分析共同實現的（Advanced Materials，「High-Mobility p-Type and n-Type Copper Nitride Semiconductors by Direct Nitriding Synthesis and In Silico Doping Design」）。

這些n型和p型氮化銅半導體可能潛在地取代光伏電池中的常規有毒或稀有金屬。

與市場主導的硅太陽能電池板相比，薄膜光伏電池具有相同的效率並且可以降低材料成本。利用光伏效應，將特定p型和n型材料的薄層夾在一起以從太陽光產生電能。

該技術有望為太陽能提供更光明的未來，與晶體硅技術相比，可實現低成本和可擴展的製造路線，而且在商業化薄膜太陽能電池中使用有毒和稀有金屬。東京工業大學的一個團隊面臨挑戰，尋找一種新的候選材料來生產更清潔、更便宜的薄膜光伏電池。

他們專註於一種簡單的二元化合物，即由環保元素組成的氮化銅。然而，歷史記錄告訴我們以高質量形式生長氮化物晶體具有挑戰性，就如同開發氮化鎵藍LED那樣。

Matsuzaki和他的同事通過使用氨和氧化劑氣體引入新的催化反應的方法克服了這一困難。如圖（a）中所示，該化合物是n型導體，其中電子數量遠超空穴的數量。另一方面，如理論計算所預測的，通過在晶體的開放空間中插入氟元素，他們發現這種n型化合物轉化為p型，，並分別在圖（b）和（c）中通過原子分辨顯微鏡直接觀察到。

所有現有的薄膜光伏器件在構成夾層結構時都需要p型或n型半導體配對，需要付出很多努力才能找到最佳組合。由Matsuzaki和他的同事開發的相同材料中的P型和n型半導體有利於設計高效太陽能電池結構而無需付出那麼多的努力。這種材料無毒且豐富，因此可能很便宜 - 是使用碲化鎘和銅銦鎵二硒薄膜太陽能電池的理想替代品。

隨著這些p型和n型半導體的發展，採用簡單安全和豐富元素的可擴展成型技術，優良品質將進一步將薄膜技術帶入光明前景。

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