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科學家借助納米紋理結構增強薄膜硅光伏電池吸收太陽光效率

2022-04-01 15:47:49 來源：科技日報

荷蘭和英國科學家借助一種納米紋理結構，使薄膜硅光伏電池變得不透明并因此增強了其吸收太陽光的效率。實驗結果表明，采用新方法設計出來的薄膜電池能吸收65%的陽光，是迄今薄硅膜表現出的最高光吸收率，接近約70%的理論吸收極限，有望催生柔性、輕質且高效的硅光伏電池。研究發表在《美國化學學會·光子學》雜志上。

硅太陽能電池效率高，且原材料為地球上儲量豐富的硅，被認為是高效的光伏技術。但它們需要用到厚、硬、重的晶圓，因此用武之地有限。使用薄膜能將硅的使用量降低99%，并使電池更輕且堅固耐用，很容易地集成到城市建筑物甚至小型日常設備內。但薄硅膜只能吸收25%的太陽光。鑒于此，荷蘭原子分子國立研究所(AMOLF)、英國薩里大學和帝國理工學院的研究人員對其進行了改進。

研究人員解釋說，他們利用新方法設計出的納米結構表面有一種超均勻分布圖案，可將直射太陽光限定于一個角度范圍內，從而將更多光捕獲在硅膜內。被捕獲的光越多，被吸收的幾率也越大。研究顯示，超均勻分布圖案能更好地限定太陽光的入射角度，使更多太陽光被吸收。

此外，將太陽光捕獲到薄硅內面臨兩大關鍵挑戰：太陽光包含多種顏色，而硅膜的尺寸有限，且硅對每種顏色光的吸收能力不一樣。研究發現，表面鍍有金字塔形狀且圖案尺寸與光的波長類似的厚硅太陽能電池能解決這一問題。

最新研究負責人、AMOLF的埃絲特·阿拉肯·拉多說：“我們估計1微米厚的碳—硅電池的光電轉化效率可達到20%以上，這是柔性輕質碳—硅光伏電池的重大突破。研究還發現，高效薄硅電池可由低品質的硅制成，如此可降低凈化原硅的能源需求，并縮短能源回收時間。”

研究人員指出，盡管這種高效薄膜電池距離應用還有一段距離，但超均勻圖案薄膜光伏電池極具潛力。(劉霞)

關鍵詞：納米紋理薄膜硅光伏電池荷蘭原子分子國立研究所英國薩里大學