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星——“實踐十號”返回式科學衛星搭載著由中國科學院上海硅酸鹽研究所等研究機構聯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，環保又經濟。這就需要發揮熱光伏系統的作用了”。余建定解釋說，熱光伏系統基于熱光伏技術——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的核心組件，能有效利用熱輻射體發出的光子能量，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。“垃圾在焚燒時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。”

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，以承受火箭發射時的加速度。科研人員利用電子顯微鏡、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”。