研究發(fā)現納米微粒有助于太陽(yáng)能電池捕捉光

　　美國工程師最近發(fā)現，金屬納米顆粒可以大幅提升某些類(lèi)型太陽(yáng)電池的性能。加州大學(xué)圣地亞哥分校的Ed Yu等人表示，將金納米顆粒沉積在磷化銦磷砷化鎵(InPGaAsP)量子阱結構的太陽(yáng)能電池上，可將功率轉換效率提升17%，克服了這類(lèi)組件中光子吸收率及光生電荷載子(photogenerated charge carriers)收集率無(wú)法兼顧的問(wèn)題。

　　制作高效率光伏(photovoltaic)組件的主要障礙之一，是材料本身的損耗會(huì )降低太陽(yáng)電池的功率轉換效率，其中功率轉換效率的定義為落在材料上的太陽(yáng)輻射量除以電池的輸出功率，因此選擇正確的材料是獲得高效率的關(guān)鍵。為了達到高效率，研究人員必須使用高光子吸收率的材料，這意味著(zhù)含有量子阱的層狀結構厚度必須不低于1 μm，然而厚度一旦超過(guò)0.3 μm，又會(huì )犧牲掉電荷載子收集率。加大團體成功的關(guān)鍵便在于找到化解上述矛盾的方法。

　　Yu指出，位于磷化銦基板上的量子阱區受到低折射率材料上下包夾，形成平板波導(slab waveguide)，光子會(huì )在波導內平行電池表面傳遞，由于經(jīng)過(guò)的光徑較長(cháng)，因此有很高的機率被吸收。這個(gè)作法對于較薄的多層量子阱層也管用，而多層量子阱系統可提供較高的光生電荷載子萃取率。此外，他們在太陽(yáng)電池表面沉積金屬或介電質(zhì)納米微粒，將光散射至垂直波導的方向，通過(guò)提高太陽(yáng)電池收集的光量，進(jìn)而提升電流密度和功率的轉換。該團隊表示，這種將光散射入組件內部波導模的概念，可以應用在薄膜光伏材料及任何無(wú)法鍍上抗反射膜的組件。

　　高效率量子阱太陽(yáng)電池非常合適要求高效率、質(zhì)輕體積小的太空應用。相較于已成熟的多接面串迭型太陽(yáng)能電池(tandem cells)，量子阱太陽(yáng)能電池和相關(guān)的組件是單接面結構，因此沒(méi)有困擾多接面結構的電流匹敵(current-matching)問(wèn)題，這在應用上是一項優(yōu)點(diǎn)，因為組件承接的太陽(yáng)輻射量會(huì )隨著(zhù)位置、時(shí)間和大氣條件而變。該團隊目前正在尋找低折射更率的基板，以進(jìn)一步提升補捉光的效率。