65%！薄膜硅光伏電池光吸收率創(chuàng)新紀(jì)錄

荷蘭和英國(guó)科學(xué)家借助一種納米紋理結(jié)構(gòu)，使薄膜硅光伏電池變得不透明并因此增強(qiáng)了其吸收太陽(yáng)光的效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用新方法設(shè)計(jì)出來(lái)的薄膜電池能吸收65%的陽(yáng)光，是迄今薄硅膜表現(xiàn)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(zhì)且高效的硅光伏電池。研究發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)·光子學(xué)》雜志上。

硅太陽(yáng)能電池效率高，且原材料為地球上儲(chǔ)量豐富的硅，被認(rèn)為是高效的光伏技術(shù)。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(jiān)固耐用，很容易地集成到城市建筑物甚至小型日常設(shè)備內(nèi)。但薄硅膜只能吸收25%的太陽(yáng)光。鑒于此，荷蘭原子分子國(guó)立研究所（AMOLF）、英國(guó)薩里大學(xué)和帝國(guó)理工學(xué)院的研究人員對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)。

研究人員解釋說(shuō)，他們利用新方法設(shè)計(jì)出的納米結(jié)構(gòu)表面有一種超均勻分布圖案，可將直射太陽(yáng)光限定于一個(gè)角度范圍內(nèi)，從而將更多光捕獲在硅膜內(nèi)。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(yáng)光的入射角度，使更多太陽(yáng)光被吸收。

此外，將太陽(yáng)光捕獲到薄硅內(nèi)面臨兩大關(guān)鍵挑戰(zhàn)：太陽(yáng)光包含多種顏色，而硅膜的尺寸有限，且硅對(duì)每種顏色光的吸收能力不一樣。研究發(fā)現(xiàn)，表面鍍有金字塔形狀且圖案尺寸與光的波長(zhǎng)類(lèi)似的厚硅太陽(yáng)能電池能解決這一問(wèn)題。

最新研究負(fù)責(zé)人、AMOLF的埃絲特·阿拉肯·拉多說(shuō)：“我們估計(jì)1微米厚的碳—硅電池的光電轉(zhuǎn)化效率可達(dá)到20%以上，這是柔性輕質(zhì)碳—硅光伏電池的重大突破。研究還發(fā)現(xiàn)，高效薄硅電池可由低品質(zhì)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(shí)間。”

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