光捕獲材料生產工藝改進后性能大幅提高

科技日報2024年4月25日報道，據最新一期《自然》雜志報道，英國劍橋大學領導的研究團隊找到一種方法，只需簡單調整光捕獲材料的生產工藝，就能使材料性能大幅提高。

科學家一直在開發低成本的光捕獲半導體，這種材料利用太陽能為設備提供動力，將水轉化為清潔的氫燃料。目前有一種氧化銅半導體材料，價格便宜、儲量豐富且無毒，但其性能遠不及占據半導體市場主導地位的硅材料。

為使氧化銅比現有光伏材料更具競爭力，研究人員需要對其進行優化，使其受到陽光照射后能更有效地產生移動電荷。一種潛在方法是利用單晶薄膜，這種薄膜具有高度有序的晶體結構。然而，制作這些薄膜通常復雜且耗時。

研究人員發現，通過以特定方向生長氧化銅晶體，使電荷以體對角線穿過晶體，電荷移動得更快更遠，就能大幅提高材料性能。

研究人員利用薄膜沉積技術，在常壓室溫下生長出高質量氧化銅薄膜。通過精確控制腔內的生長和流速，可以將晶體“轉移”到特定方向。這些晶體基本上是立方體。當電子以體對角線穿過立方體，而不是沿著立方體的面或邊緣移動時，材料性能會大幅躍升。電子移動得越遠，性能就越好。

研究人員利用高時間分辨率光譜技術，觀察了晶體方向如何影響電荷在材料中的移動效率。實驗顯示，基于這種技術制造的氧化銅光收集器或光電陰極，與現有最先進的氧化物光電陰極相比，性能提高了70%，同時穩定性也大大提高。

研究人員表示，對低成本半導體材料進行一些小調整，有望推動從化石燃料向清潔可持續燃料的大轉變。

（來源：科技日報）