近日，美国能源部（DOE）劳伦斯伯克利国家实验室和加州大学伯克利分校的科研人员开发出一种新的技术，应用该技术可以使用任意半导体材料制造低成本、高效率的太阳能电池。该技术打开了可以使用方便、便宜的半导体材料的大门，例如使用有前途的金属氧化物、硫化物和磷化物。这些材料在之前都被认为不适合制造太阳能电池，因为很难通过化学方法去修改他们的特性。

"现在我们可以变废为宝了，"物理学家Alex Zettl说，他和同时王峰（音译）一起领导该科研项目。该技术运行我们回避通过化学方法修改地球上丰富的无毒半导体的特性，取而代之的是简单施加电场来修改其材料特性。

Zettl是由伯克利实验室材料科学部和加州大学伯克利分校物理学院联合任命的项目负责人，他在加州大学伯克利分校物理学院负责管理集成纳米机械系统中心（COINS）。Zettl在《纳米快报》杂志上发表了其研究成果，论文题目为"工程筛选的场效应太阳能电池"，其他合著者包括William Regan, Steven Byrnes, Will Gannett, Onur Ergen, Oscar Vazquez-Mena 和 （王峰）Feng Wang。

太阳能电池使用半导体材料将太阳能转换为电能，半导体可以吸收光子，释放电子，然后电子可转换为电流。

光伏是清洁、绿色和可再生能源，但是现今的技术主要利用相对稀缺和昂贵的半导体，例如晶体硅，碲化镉薄膜，铜铟镓硒薄膜，要制成电池是复杂的、昂贵的。

"现在的太阳能技术需要面临成本和效率的权衡，这就放缓了太阳能发电的广泛应用"Zettl说"我们的新技术减少了制造太阳能电池的成本和复杂度，这就带来了重要的成本效率和生态环保，这就促进了太阳能的应用。"

该新技术叫做"筛选工程场效应光伏"或者SFPV，因为其利用电场效应--一个很好理解的现象，即通过应用电场来修改半导体中载流子的密度。

使用SFPV技术，一个精心设计的筛选上电极会使栅极电场充分渗透进电极，然后更均匀地调节载流子的浓度和类型，最后形成p-n结。形成这种高质量的p-n结是困难的，如果使用传统的化学方法去掺杂是很难实现的。

"我们的技术仅仅需要电极和栅极沉积，不需要高温化学掺杂，离子注入，或者其他昂贵的、具有破坏性的工艺过程。"论文作者William Regan说到。

我们成功的关键是栅场的最小筛选，这是通过上电极的几何结构达到的。这使得电接触的形成和半导体载流子调制同时进行成为可能。

在SFPV系统下，上电极的结构建造成形，结果是至少电极尺寸中的一个被限制。在一种结构中，伯克利的科研人员使用氧化铜，将电接触塑造为手指形状；在另一种结构中，他们用硅将上电极塑造为超薄型（单层石墨烯）。

在足够狭窄的手指电极条件下，栅场在电极和其下方的势垒之间创造了一个低电阻反转层。一个均匀的薄上电极允许栅场渗透、耗尽/反转下面的半导体。这两种配置的结果都可以得到高质量的p-n结。

另外合著者王峰说"我们的成果表明，通过栅场的应用，一个稳定的电接触p-n结几乎可以使用任何一种半导体和任何一种电极材料得到，前提条件是电极为适当的几何结构。"

科研人员同样证明了在自栅极结构中的SFPV效应，在该结构中，栅极由电池内部本身的电特性来供电。

"自栅极结构减掉了对于外部栅极电源的需要，这简化了SFPV电池的实际执行期。"Regan说，"此外，栅极还可以作为减反射膜从而起到双重作用，对于高效电池来说这是一个很常见的、必要的功能。"