近日，美國能源部(DOE)勞倫斯伯克利國家實驗室和加州大學伯克利分校的科研人員開發出一種新的技術，應用該技術可以使用任意半導體材料制造低成本、高效率的太陽能電池。該技術打開了可以使用方便、便宜的半導體材料的大門，例如使用有前途的金屬氧化物、硫化物和磷化物。這些材料在之前都被認為不適合制造太陽能電池，因為很難通過化學方法去修改他們的特性。

"現在我們可以變廢為寶了，"物理學家Alex Zettl說，他和同時王峰(音譯)一起領導該科研項目。該技術運行我們回避通過化學方法修改地球上豐富的無毒半導體的特性，取而代之的是簡單施加電場來修改其材料特性。

Zettl是由伯克利實驗室材料科學部和加州大學伯克利分校物理學院聯合任命的項目負責人，他在加州大學伯克利分校物理學院負責管理集成納米機械系統中心(COINS)。Zettl在《納米快報》雜志上發表了其研究成果，論文題目為"工程篩選的場效應太陽能電池"，其他合著者包括William Regan, Steven Byrnes, Will Gannett, Onur Ergen, Oscar Vazquez-Mena 和 (王峰)Feng Wang。

太陽能電池使用半導體材料將太陽能轉換為電能，半導體可以吸收光子，釋放電子，然后電子可轉換為電流。

光伏是清潔、綠色和可再生能源，但是現今的技術主要利用相對稀缺和昂貴的半導體，例如晶體硅，碲化鎘薄膜，銅銦鎵硒薄膜，要制成電池是復雜的、昂貴的。

"現在的太陽能技術需要面臨成本和效率的權衡，這就放緩了太陽能發電的廣泛應用"Zettl說"我們的新技術減少了制造太陽能電池的成本和復雜度，這就帶來了重要的成本效率和生態環保，這就促進了太陽能的應用。"

該新技術叫做"篩選工程場效應光伏"或者SFPV，因為其利用電場效應--一個很好理解的現象，即通過應用電場來修改半導體中載流子的密度。

使用SFPV技術，一個精心設計的篩選上電極會使柵極電場充分滲透進電極，然后更均勻地調節載流子的濃度和類型，最后形成p-n結。形成這種高質量的p-n結是困難的，如果使用傳統的化學方法去摻雜是很難實現的。

"我們的技術僅僅需要電極和柵極沉積，不需要高溫化學摻雜，離子注入，或者其他昂貴的、具有破壞性的工藝過程。"論文作者William Regan說到。

我們成功的關鍵是柵場的最小篩選，這是通過上電極的幾何結構達到的。這使得電接觸的形成和半導體載流子調制同時進行成為可能。

在SFPV系統下，上電極的結構建造成形，結果是至少電極尺寸中的一個被限制。在一種結構中，伯克利的科研人員使用氧化銅，將電接觸塑造為手指形狀;在另一種結構中，他們用硅將上電極塑造為超薄型(單層石墨烯)。

在足夠狹窄的手指電極條件下，柵場在電極和其下方的勢壘之間創造了一個低電阻反轉層。一個均勻的薄上電極允許柵場滲透、耗盡/反轉下面的半導體。這兩種配置的結果都可以得到高質量的p-n結。

另外合著者王峰說"我們的成果表明，通過柵場的應用，一個穩定的電接觸p-n結幾乎可以使用任何一種半導體和任何一種電極材料得到，前提條件是電極為適當的幾何結構。"

科研人員同樣證明了在自柵極結構中的SFPV效應，在該結構中，柵極由電池內部本身的電特性來供電。

"自柵極結構減掉了對于外部柵極電源的需要，這簡化了SFPV電池的實際執行期。"Regan說，"此外，柵極還可以作為減反射膜從而起到雙重作用，對于高效電池來說這是一個很常見的、必要的功能。"