新納米金字塔結(jié)構(gòu)將太陽(yáng)能電池發(fā)電量提升2.5%

目前，太陽(yáng)能電池采集效率低是普遍存在的問(wèn)題，學(xué)術(shù)界很多研究學(xué)者針對(duì)這一問(wèn)題提出多種備選方案。

如耶魯大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)利用“硅藻”這種材料及其捕光能力來(lái)提升有機(jī)太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率;加州大學(xué)伯克利分校的研究團(tuán)隊(duì)則采用培育出的細(xì)菌作為高效轉(zhuǎn)換光能的材料;而加州理工學(xué)院的工程師則是利用納米光子操作技術(shù)和熱電技術(shù)開(kāi)發(fā)出了一種光探測(cè)器，以此提升太陽(yáng)能采集的效率。近日，針對(duì)這一問(wèn)題，上海交通大學(xué)太陽(yáng)能研究所沈文忠教授及其團(tuán)隊(duì)也借助納米技術(shù)給出了自己的研究解決方案。

研究團(tuán)隊(duì)指出：由于地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，太陽(yáng)光對(duì)太陽(yáng)電池器件的入射角在不同季節(jié)和一天的不同時(shí)刻都是不一樣的，一般隨著入射角的增大，反射光損失會(huì)越嚴(yán)重。

所以基于這一思考，研究團(tuán)隊(duì)表示通過(guò)解決角度問(wèn)題，可以提高太陽(yáng)電池器件捕獲的光子數(shù)量，從而有效的提升太陽(yáng)能電池的發(fā)電量。

同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)還指出，雖然目前可以采用追光系統(tǒng)解決這一問(wèn)題，但是采用該系統(tǒng)需要付出高昂的成本。故而成本因素也是需要考慮的。面臨上述兩項(xiàng)挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)利用全溶液法在太陽(yáng)能電池表面制備出硅納米金字塔結(jié)構(gòu)陣列，以此大大削弱太陽(yáng)能電池減反能力對(duì)入射角的依耐性，提高全天候和全年性捕獲太陽(yáng)光子的能力。

值得注意的是，在納米結(jié)構(gòu)材料的選擇上，納米線、納米孔、納米錐都具有優(yōu)越的寬角度減反性能，但這里為什么選擇納米金字塔結(jié)構(gòu)呢?

研究發(fā)現(xiàn)，除了納米金字塔結(jié)構(gòu)，其他的納米結(jié)構(gòu)材料都具有較大的比表面積，因此容易引發(fā)嚴(yán)重的表面載流子復(fù)合損失，從而導(dǎo)電性能會(huì)大打折扣，而這種納米金字塔結(jié)構(gòu)材料在擁有優(yōu)越的光學(xué)特性的同時(shí)具有較低的載流子復(fù)合特性。此外，目前也存在納米金字塔絨面制作方法，但是，現(xiàn)有的方法成本高昂且制作方法復(fù)雜，不利于在太陽(yáng)能電池生產(chǎn)線上推廣和使用。

針對(duì)這一問(wèn)題，在納米金字塔材料的制作上，研究團(tuán)隊(duì)采用自己提出的金屬輔助堿刻蝕方法來(lái)制備硅納米金字塔絨面。這是一種全溶液制備過(guò)程，制作過(guò)程簡(jiǎn)單而且成本低廉，并且與現(xiàn)有生產(chǎn)線兼容。

據(jù)悉，研究團(tuán)隊(duì)在上海用這種新型太陽(yáng)能電池進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，在發(fā)電量上，這種電池比傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池最高可增加2.5%。

經(jīng)過(guò)一系列的改善，無(wú)論是從技術(shù)本身還是生產(chǎn)成本需求，這種納米金字塔絨面電池都是同類電池中優(yōu)選，它可以全方向性保持優(yōu)越電池性能，實(shí)現(xiàn)了更高的發(fā)電量。