高純度硅占太陽(yáng)能電池的總成本多達(dá)四成，如何用最少量的硅發(fā)揮最高效率，成為太陽(yáng)能電池制備的重中之重。美國(guó)工程院院士、麻省理工學(xué)院機(jī)械工程系教授陳剛的研究小組找到了一種新方法，可以在保持高效率的同時(shí)，將硅片的厚度減少90%以上。
硅太陽(yáng)能電池的工作原理可分為兩大步：第一步是吸收射入光子，第二步是激發(fā)自身電子。很多研究團(tuán)隊(duì)提出了增加硅晶體吸收光子能力的方法，但這些方法同時(shí)使其自身表面積增加，從而導(dǎo)致被激發(fā)的電子有可能被重新“復(fù)合”到硅板之中。
陳剛領(lǐng)導(dǎo)的研究小組則將硅晶體表面的結(jié)構(gòu)定制為“倒金字塔”型，每個(gè)倒金字塔型壓槽的直徑不超過1 微米。這種特殊的“織物”結(jié)構(gòu)僅僅使超薄硅晶體的表面積增加70%，光子吸收能力卻堪比30倍厚的傳統(tǒng)硅晶體。相關(guān)研究論文發(fā)表于2012年6月的《納米快報(bào)》(nano letters)雜志，論文第一作者為陳剛研究組的博士后anastassios mavrokefalos。
這種特殊的“織物”結(jié)構(gòu)僅僅使超薄硅晶體的表面積增加70%，光子吸收能力卻堪比30倍厚的傳統(tǒng)硅晶體。
這項(xiàng)技術(shù)在保證硅晶體效率的前提下大大削減了高純度硅的使用量。它不僅有望大幅度減少生產(chǎn)成本，而且會(huì)減輕電池自重，從而進(jìn)一步減小用于支撐和安裝的費(fèi)用。同時(shí)，制備這種新型晶不需要任何現(xiàn)有硅晶片以外的新設(shè)備和新材料，將來容易實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)。
研究團(tuán)隊(duì)的下一步是配上真正的光電電池并證明其效率。陳剛對(duì)麻省理工學(xué)院新聞辦公室表示，如果一切順利，該系統(tǒng)有望在不久的將來開發(fā)出商用產(chǎn)品。
斯坦福大學(xué)材料科學(xué)與工程系副教授崔屹對(duì)陳剛及其同事的此項(xiàng)研究評(píng)價(jià)頗高。他說，這是一種太陽(yáng)能電池薄膜吸收光子的有效結(jié)構(gòu)，“具有非常可觀的潛在應(yīng)用價(jià)值”。
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