硫銅錫鋅礦（kesterite）是由銅、錫、鋅和硒元素組成的半導體，可以當做太陽能電池的光吸收材料，但其轉換效率最高僅達到 12.6%，而由相似元素組成的銅銦鎵硒（CIGS）太陽能電池則早已達到 20%。
即使 kesterite 半導體轉換效率不高，但由於構成元素與 CIGS 太陽能相似，不會出現原料供應緊缺問題，因此該材料仍被認為是 CIGS 太陽能電池的替代選項。德國光電半導體元件實驗室 Helmholtz-Zentrum Berlin（HZB）團隊則致力於提升 kesterite 的太陽能應用潛力，並分析半導體構成與光電特性之間的關係，而在該研究中，團隊把錫元素替換成鍺（germanium）。
為了進一步分析材料，團隊在 HZB 的研究型反應爐 BER II 進行研究，利用中子繞射（neutron diffraction）檢測試樣（sample），此方式可將銅、鋅和鍺分開，讓他們可以待在晶格（crystal lattice）之內。
▲ 圖為傳統 Kesterite 陽離子的排列方式。（Source：HZB）
研究結果顯示，高效率 kesterite 太陽能電池通常含有較少的銅與較多的鋅，而同時還擁有最低濃度點缺陷（point defect）與銅鋅失調。假如銅元素越多，越容易導致濃度點缺陷，而這些被認為會讓太陽能性能降低。
而研究也進一步探索 kesterite 試樣的材料能隙（energy band gap），主要作者 René Gunder 表示，材料能隙為半導體的特質。不同的能隙可吸收不同波段的太陽光，進而影響材料導電性與太陽能轉換效率，而研究指出，鍺金屬可以增加光學能隙，使材料能吸收更多的光，並增加太陽能電池轉換效率。
研究領導教授 Susan Schorr 指出，團隊相信這類型的 kesterites 半導體不僅可用於太陽能電池，也可以用在其他用途，例如光催化劑，利用太陽能將水分解成氫氣與氧氣，並以化學能的方式儲存太陽能。該研究已發表在晶體工程期刊《CrystEngComm》。
（本文由 EnergyTrend 授權轉載；首圖來源：Flickr/Katy Warner CC BY 2.0）
