從中國科學院上海硅酸鹽研究所獲悉，該所余建定研究員團隊在太空晶體生長研究中取得重要進展，在國際上首次研制出銦含量高達11%且成分均勻、一致的InxGa1-xSb三元光電晶體。相關研究結果發(fā)表于國際學術期刊《微重力》（npj Microgravity）。

2016年4月，我國首顆微重力科學實驗衛(wèi)星——“實踐十號”返回式科學衛(wèi)星搭載著由中國科學院上海硅酸鹽研究所等研究機構聯(lián)合研制的空間材料科學實驗有效載荷—“多功能材料合成爐”進入太空開展科學實驗。這項成果就源自實驗衛(wèi)星里的“多功能材料合成爐”。

本領高強，助力城市垃圾焚燒熱能“發(fā)電”

InxGa1-xSb三元光電晶體到底是什么？在日常生活中有什么重要的作用呢？

余建定告訴《中國科學報》記者，光電晶體，就是將光能轉換為電能的晶體。InxGa1-xSb三元光電晶體，主要含銦、鎵、銻三種元素。它不僅是重要的紅外光電器件材料，而且是高效的熱光伏晶體材料。

“在日常生活中，我們的城市垃圾焚燒時產生熱能，若能把輻射熱轉換為電能，環(huán)保又經濟。這就需要發(fā)揮熱光伏系統(tǒng)的作用了”。余建定解釋說，熱光伏系統(tǒng)基于熱光伏技術——紅外光伏能量轉換技術，由熱源、熱輻射體、光學濾波器和熱光伏電池四個基本組件組成。而熱光伏電池是這個系統(tǒng)的核心組件，能有效利用熱輻射體發(fā)出的光子能量，經過光電轉換過程產生電能。

“目前，InxGa1-xSb三元光電晶體是最佳高效熱光伏電池的半導體材料之一?！?余建定說，我們可通過改變銦和鎵的成分比來調控其禁帶寬度，從而充分吸收多種光譜的輻射能量，獲得高熱光伏轉換效率?！袄诜贌龝r輻射出不同波長的光譜，當三元光電晶體銦含量達到11%左右時，能最大范圍吸收該類光譜?！?/p>

利用太空，回歸地球

為什么這個高濃度含銦量的InxGa1-xSb三元光電晶體不能在地球上“自然生長”，而要利用太空環(huán)境生長呢？余建定解釋，因為InxGa1-xSb三元光電晶體固液線分離比較寬，在地球重力對流的作用下極易產生成分偏析，所以目前在地面上只能生長出含銦量為3%的InxGa1-xSb三元光電晶體，制約了其在熱光伏系統(tǒng)中的應用。

多年來，國內外進行了一系列InxGa1-xSb晶體的空間生長實驗，但一直未能研制出高銦含量的InxGa1-xSb三元光電晶體。

余建定帶領團隊與日本宇宙科學研究所開展國際合作，經過3年多的地面匹配實驗后在太空進行晶體生長實驗。研究人員專門為空間晶體設計了耐撞擊的“成長小屋”——生長安瓿，以承受火箭發(fā)射時的加速度?？蒲腥藛T利用電子顯微鏡、電子探針和電子背散射衍射儀等設備，對長成的晶體進行系統(tǒng)分析，最終確認獲得了空間微重力條件下成分均勻一致的高銦含量InxGa1-xSb（x=0.11）三元光電晶體。

“利用太空環(huán)境，只是為了回歸地球”，余建定說，“我們下一步將利用空間參數(shù)研究太空生長機理，在地面上研制同濃度銦含量的三元光電晶體，降低應用轉化成本”。