美國(guó)科學(xué)家開(kāi)發(fā)出一種新技術(shù)，首次成功地將復(fù)合半導(dǎo)體納米線整合在硅晶圓上，攻克了用這種半導(dǎo)體制造太陽(yáng)能電池會(huì)遇到的晶格錯(cuò)位這一關(guān)鍵挑戰(zhàn)。他們表示，這些細(xì)小的納米線有望帶來(lái)優(yōu)質(zhì)高效且廉價(jià)的太陽(yáng)能電池和其他電子設(shè)備。相關(guān)研究發(fā)表在《納米快報(bào)》雜志上。

III—V族化合物半導(dǎo)體指元素周期表中的III族與V族元素結(jié)合生成的化合物半導(dǎo)體，主要包括鎵化砷、磷化銦和氮化鎵等，其電子移動(dòng)率遠(yuǎn)大于硅的電子移動(dòng)率，因而在高速數(shù)字集成電路上的應(yīng)用比硅半導(dǎo)體優(yōu)越，有望用于研制將光變成電或相反的設(shè)備，比如高端太陽(yáng)能電池或激光器等。然而，它們無(wú)法與太陽(yáng)能電池最常見(jiàn)的基座硅無(wú)縫整合在一起，因此，限制了它們的應(yīng)用。

每種晶體材料都有特定的原子間距——晶格常數(shù)（點(diǎn)陣常數(shù)），III—V族半導(dǎo)體在制造太陽(yáng)能電池的過(guò)程中遭遇的最大挑戰(zhàn)一直是，這種半導(dǎo)體沒(méi)有同硅一樣的晶格常數(shù)，它們無(wú)法整齊地疊層堆積在一起。該研究的領(lǐng)導(dǎo)者、伊利諾伊大學(xué)電子和計(jì)算機(jī)工程教授李秀玲（音譯）解釋道，當(dāng)晶體點(diǎn)陣排列不整齊時(shí)，材料之間會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)位。此前，科學(xué)家們一般將III—V族半導(dǎo)體沉積在一個(gè)覆蓋有一層薄膜的硅晶圓上方，但晶格失配會(huì)產(chǎn)生壓力從而導(dǎo)致瑕疵，降低所得到設(shè)備的性能。

而在最新研究中，科學(xué)家們摒棄了薄膜，讓一個(gè)細(xì)小的、排列緊湊的III—V族化合物半導(dǎo)體組成的納米線陣列垂直在硅晶圓上生長(zhǎng)。李秀玲表示：“這種納米線幾何圖形通過(guò)使失配應(yīng)變能真正通過(guò)側(cè)壁消失，從而更好地?cái)[脫了晶格匹配的限制。”

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了讓不同銦、砷、鎵組成的III—V族半導(dǎo)體生長(zhǎng)所需要的不同環(huán)境。最新方法的優(yōu)勢(shì)在于，他們可以使用普通的生長(zhǎng)技術(shù)而不需要特殊的方法讓納米線在硅晶圓上生長(zhǎng)，也不需要使用金屬催化劑。

這種納米線的幾何形狀能通過(guò)提供更高的光吸收效率和載荷子收集效率來(lái)增強(qiáng)太陽(yáng)能電池的性能，其也比薄膜方法用到的材料更少，因此降低了成本。

李秀玲相信，這種納米線方法也能廣泛地用于其他半導(dǎo)體上，使得其他因晶格失配而受阻的應(yīng)用成為可能。其團(tuán)隊(duì)很快將展示優(yōu)質(zhì)高效的、基于納米線的多結(jié)點(diǎn)串聯(lián)太陽(yáng)能電池。