新型太陽能光伏電池利用奈米結構實現創紀錄效率

這些裝置有望帶來更好、更廉價的太陽能

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以下是如何用銦和磷製造高效太陽能電池:首先,在半導體背景上排列微小的金斑。以金作為晶種,用化學調配的銦和磷化合物生長出高度約為1.5微米的精確排列的線狀結構。用鹽酸蝕刻並將其直徑限制在180奈米,使奈米線保持排列。(一奈米是十億分之一米。) 採用這種奈米線的太陽能電池暴露在陽光下,可以將近14%的入射光轉化為電能——這是一個新的記錄,為廉價高效的太陽能開闢了更多可能性。

根據線上發表於《科學》雜誌的研究——並在德國弗勞恩霍夫太陽能系統研究所得到驗證——這種新型奈米線配置產生的電能幾乎與更傳統的磷化銦 薄膜太陽能電池相當,即使奈米線本身僅覆蓋了器件表面積的12%。 領導這項研究的瑞典隆德大學物理學家 Magnus Borgström 認為,這表明,如果該工藝能夠實現工業化,這種奈米線太陽能電池可能會更便宜、更強大。

這項前景始於新型半導體——銦和磷的組合,它可以吸收太陽光的大部分光線(這種特性被稱為其帶隙)。 Borgström 說:“現在我們吸收了帶隙以上 71% 的光,我們肯定可以提高這個比例。”


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關鍵在於更精細地控制奈米線本身的生長以及對組成化合物的化學調整。 同時,新型電池可以被構建成所謂的多結太陽能電池——複合器件,它像三明治一樣分層結合了幾種不同型別的半導體材料,以儘可能多地吸收陽光中的能量。 這種多結電池已將陽光中超過 43% 的能量轉化為電能——目前,這是世界上最高效率的光伏器件。

這種多結太陽能電池也是最昂貴的光伏型別,但可以透過將它們與低成本透鏡結合使用,將陽光集中到較小版本的電池上,從而降低成本。 Borgström 個人認為,一旦生產過程能夠簡化,例如將來透過應用簡單的加熱和蒸發技術來生長奈米線,奈米線太陽能電池將能夠獨立存在。 他解釋說:“一旦可以生長大面積結構,就不再需要聚光了。”

互動設計:Krista Fuentes。 歐柏林學院光伏陣列照片由 Robb Williamson 提供

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