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“实践十号”明升体育app实验卫星传来好消息 |
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明升体育app家首次研制出高铟含量三元光电晶体 |
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空间生长的InxGa1-xSb三元光电晶体（余建定研究团队供图）
日前，记者从明升官网明升体育app院上海硅酸盐研究所获悉，该所余建定研究员团队在太空晶体生长研究中取得重要进展，在国际上首次研制出铟含量高达11%且成分均匀、一致的InxGa1-xSb三元光电晶体。相关研究结果发表于国际学术期刊《微重力》（npj Microgravity）。
2016年4月，我国首颗微重力明升体育app实验卫星——“实践十号”返回式明升体育app卫星搭载着由明升官网明升体育app院上海硅酸盐研究所等研究机构联合研制的空间材料明升体育app实验有效载荷—“多功能材料合成炉”进入太空开展明升体育app实验。这项成果就源自实验卫星里的“多功能材料合成炉”。
本领高强，助力城市垃圾焚烧热能“发电”
InxGa1-xSb三元光电晶体到底是什么？在日常生活中有什么重要的作用呢？
余建定告诉《明升官网明升体育app报》记者，光电晶体，就是将光能转换为电能的晶体。InxGa1-xSb三元光电晶体，主要含铟、镓、锑三种元素。它不仅是重要的红外光电器件材料，而且是高效的热光伏晶体材料。
“在日常生活中，我们的城市垃圾焚烧时产生热能，若能把辐射热转换为电能，环保又经济。这就需要发挥热光伏系统的作用了”。 余建定解释说，热光伏系统基于热光伏技术——红外光伏能量转换技术，由热源、热辐射体、光学滤波器和热光伏电池四个基本组件组成。而热光伏电池是这个系统的核心组件，能有效利用热辐射体发出的光子能量，经过光电转换过程产生电能。
“目前，InxGa1-xSb三元光电晶体是最佳高效热光伏电池的半导体材料之一。” 余建定说，我们可通过改变铟和镓的成分比来调控其禁带宽度，从而充分吸收多种光谱的辐射能量，获得高热光伏转换效率。“垃圾在焚烧时辐射出不同波长的光谱，当三元光电晶体铟含量达到11%左右时，能最大范围吸收该类光谱。”
利用太空，回归地球
为什么这个高浓度含铟量的InxGa1-xSb三元光电晶体不能在地球上“自然生长”，而要利用太空环境生长呢？余建定解释，因为InxGa1-xSb三元光电晶体固液线分离比较宽，在地球重力对流的作用下极易产生成分偏析，所以目前在地面上只能生长出含铟量为3%的InxGa1-xSb三元光电晶体，制约了其在热光伏系统中的应用。
多年来，国内外进行了一系列InxGa1-xSb晶体的空间生长实验，但一直未能研制出高铟含量的InxGa1-xSb三元光电晶体。
余建定带领团队与日本宇宙明升体育app研究所开展国际合作，经过3年多的地面匹配实验后在太空进行晶体生长实验。研究人员专门为空间晶体设计了耐撞击的“成长小屋”——生长安瓿，以承受火箭发射时的加速度。科研人员利用电子显微镜、电子探针和电子背散射衍射仪等设备，对长成的晶体进行系统分析，最终确认获得了空间微重力条件下成分均匀一致的高铟含量InxGa1-xSb（x=0.11）三元光电晶体。
“利用太空环境，只是为了回归地球”，余建定说，“我们下一步将利用空间参数研究太空生长机理，在地面上研制同浓度铟含量的三元光电晶体，降低应用转化成本”。
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