“光陷阱”使太陽(yáng)能電池效率提升175%

不久前，美國(guó)普林斯頓大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種可將有機(jī)太陽(yáng)能電池效率提高近兩倍的新方法，這種廉價(jià)的柔性塑料裝置或?qū)⒊蔀樘?yáng)能發(fā)電的未來(lái)。普林斯頓大學(xué)機(jī)電工程系納米結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室下屬的研究團(tuán)隊(duì)，通過(guò)使用納米結(jié)構(gòu)的金屬和塑料“三明治”來(lái)收集和誘捕光線，將有機(jī)太陽(yáng)能電池效率提升了175%。

當(dāng)前，導(dǎo)致太陽(yáng)能電池?fù)p失能量的兩個(gè)主要問(wèn)題是電池的光反射及無(wú)法充分捕捉進(jìn)入電池的光線，普林斯頓大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)的金屬“三明治”新結(jié)構(gòu)——次波長(zhǎng)等離子腔可同時(shí)解決這兩個(gè)問(wèn)題，其具有抑制反射和捕獲光線的非凡能力。

新電池的頂層（即窗口層）使用極精細(xì)金屬網(wǎng)，金屬厚度為30納米，網(wǎng)孔直徑為175納米，間隔為25納米。該金屬網(wǎng)取代了以往由銦錫氧化物（ITO）材料制成的窗口層。該網(wǎng)格狀窗口層與“三明治”結(jié)構(gòu)的底層非常接近，底層使用的是與傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池中相同的金屬膜。兩個(gè)金屬板之間夾雜著太陽(yáng)能電池板中使用的半導(dǎo)體材料薄帶。其可以是硅、塑料或砷化鎵中的任一種。

太陽(yáng)能電池的網(wǎng)孔間隔，“三明治”結(jié)構(gòu)厚度乃至網(wǎng)孔直徑，都要小于所收集的光的波長(zhǎng)，使用這些次波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，能夠創(chuàng)建出一個(gè)幾乎“有來(lái)無(wú)回”的光陷阱?！〈隧?xiàng)新技術(shù)使研究團(tuán)隊(duì)最終創(chuàng)造出一個(gè)僅反射4%光線，即光吸收率高達(dá)96%的太陽(yáng)能電池。在陽(yáng)光直射情況下，其光電轉(zhuǎn)換效率要比常規(guī)太陽(yáng)能電池高出52%；在陰天或電池不直接面向太陽(yáng)，光線以更大角度入射到太陽(yáng)能板時(shí)，該結(jié)構(gòu)可獲得更高的效率。通過(guò)捕捉斜射光線，新結(jié)構(gòu)可額外提升81%的效率，從而使最終的效率增長(zhǎng)達(dá)到了175%。