纳米粒子再显威力 详解第4代太阳能电池的工作原理

莱斯特大学海报展示的此次太阳能电池的概要

在绝缘性薄膜上层叠纳米粒子的情形。照片由宾斯教授供应

层叠纳米粒子以外的材料时。照片由宾斯教授供应。

挪威EnSolAS与英国莱斯特大学（UniversityofLeicester）2010年八月十日宣布，“发现了与第4代太阳能电池相关的基本原理”。该原理可实现非常高的转换效率，而且有可能低成本制造太阳能电池。EnSol公司表示，目标是在2016年之前实用化。

这是一种将直径为10～100nm的“纳米粒子”混入透明介质中，并在玻璃底板上涂布极薄的一层而成的薄膜太阳能电池。据称，这种纳米粒子受到太阳光照射时，会释放出“热电子（HotElectron）”并出现电动势。这种太阳能电池连波长超过2μm的红外线都可用来发电，与现有硅类太阳能电池相比，可提高能量转换性能。莱斯特大学物理与天文学系教授克里斯·宾斯表示，“只要是光滑的表面，材料可在如玻璃窗及大楼墙壁等任意地方喷涂，使其变成太阳能电池”，因此与商业电力相比，有望大幅降低发电成本。由于活性层非常薄，因此还可能实现保证透明性的“发电窗玻璃”。

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EnSol公司此次未公开纳米粒子的成分。不过，莱斯特大学的宾斯教授在接受《日经电子》采访时介绍，“纳米粒子不是（称为量子点的）GaAs等半导体粒子，而是金属粒子，还可将其表面等离子体共振（SpR）效果用于电子释放”。最近，利用SpR的太阳能电池的相关论文急剧增多。不过，大多数技术将SpR用于提高发电用太阳光的吸收率，或者扩大波长宽度范围。此次的技术与以往的不同点在于，纳米粒子在出现SpR效果的同时，还可作为电荷供应源。

顺便一提，多数情况下，第1代太阳能电池池是指结晶硅类太阳能电池，第2代是指薄膜太阳能电池，第3代多指量子点型太阳能电池。之所以将此次的太阳能电池称为“第4代”，是因为其定位是量子点型之后的下一代太阳能电池。

EnSol公司与莱斯特大学的分工为，莱斯特大学负责开发并供应纳米粒子，EnSol则利用纳米粒子制造电池单元。尽管目前只能在真空装置中制造层叠各种材料的小单元，但在不久的将来，该公司将导入采用玻璃底板制造4cm见方的稍大单元的装置。EnSol表示，“当前的目标是实现20％以上的转换效率”。