一、所属领域

本项目属于半导体光电技术领域，可应用于太阳能电池、可见光探测器等领域

二、项目介绍

1. 痛点问题

目前硅基太阳能电池占据着太阳能电池的主导地位，其中单晶硅电池转换效率已可以达到25%左右，但它们需要比较多的单晶硅材料，生产成本高。而对于多晶硅，由于缺陷较多，转换效率比较低。III-V族材料转换效率高，但是材料和生产成本居高不下，难以推广使用。虽然可以利用纳米柱阵列来提高光吸收能力及减少材料成本，但是由于纳米柱结构具有很大的表面积，载流子较大的表面复合严重影响着器件的性能，而且需要昂贵的设备生长径向异质结和控制掺杂浓度。

2. 解决方案

本项目提出一种磷化铟纳米柱径向同质结阵列结构的简单制备方法，目前已完成高效太阳能电池验证和原型器件的制备，另还有可见光探测器等在研。

本方法是在磷化铟纳米柱制备过程中，利用刻蚀气体中加入氢气，可以同时实现了磷化铟纳米柱阵列和径向同质结的制备，通过控制刻蚀时间及氢气含量，精确控制磷化铟表面掺杂浓度及深度，相比于其他生长径向同质结的方法，本方法设备简单，制备效率高。在降低成本方面，纳米柱结构相比于平面结构具有更好的陷光效应，只需使用少量的材料便可以实现高效光吸收。

本项目制备出的纳米柱太阳能电池

3. 竞争优势分析

目前国内太阳能电池公司，如天合光能，阿特斯(中国)，英利能源(中国)等，都是以生产硅基太阳能电池为主。III-V族材料转换效率高，但是材料和生产成本居高不下，难以推广使用。本项目具有如下优势：利用纳米柱结构提高光利用效率，减少材料成本；纳米结构制备模板可以不使用昂贵曝光设备，减少制备成本；在制备纳米结构同时制备出径向pn结结构，控制刻蚀参数同时可以控制结区的形成；径向结结构具有高的光电转换效率；磷化铟电池可以工作在较高温度，具有强的抗辐射能力；自主知识产权。

4. 市场应用前景

太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。根据多家机构预测，到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30%以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10%以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上；这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。

5. 发展规划

本项目初期主要用于太阳能电池领域，后期将推广至探测器等领域。项目预计2022年完成制备参数优化固定及科研成果转化；2023年完成太阳能电池产品定型并开拓市场；2025年完成探测器等多种产品的验证。

6. 知识产权情况

已申请专利。

三、合作需求

本项目下一步发展需求主要集中在与太阳能电池相关企业的技术和产品合作，优化和固定产品制作工艺流程，降低生产成本。其次是资本投资、政府政策等方面的扶持。需要的外部资源主要是产业的工程化和市场资源。

四、团队介绍

科研团队：

NING CUN ZHENG，清华大学电子工程系长聘教授，博导，美国IEEE会士，美国光学学会会士，曾获德国“洪堡研究奖”等国际奖项，长期从事半导体光电子器件和纳米光电子器件及激光方面的研究。

甘霖，清华大学电子工程系助理研究员，项目负责人，从事微纳光学和基于微纳结构的新型光电器件的研究。

孙皓，清华大学电子工程系副研究员，从事基于一维纳米线/二维过渡金属硫族化合物等纳米材料的发光性质及片上有源器件应用方面的研究。

李永卓，清华大学电子工程系助理研究员，从事纳米激光、二维材料光电子器件的研究。

五、联系方式

E-mail：ott@tsinghua.edu.cn

成果编号：2021206

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