“纳米三明治”技术使太阳能电池更轻薄更高效

近日，美国北卡州立大学的研究人员发现了一种新的方法，来制造更轻薄的薄膜太阳能电池，同时也不会降低电池吸收太阳能的能力。让电池更轻薄可以显著降低生产成本。

北卡州立大学材料科学与工程系的助理教授，同时其也是一篇研究该技术的论文的合著者LinyouCao博士说到，我们可以使用超薄活性层利用纳米级三明治设计来制造电池。例如，我们可以使用仅有70nm厚的非晶硅活性层来制造太阳能电池。这是一个显著的提升，因为目前市场上典型的薄膜太阳能电池的活性层厚度都是300-500nm之间。薄膜太阳能电池中的活性层是指实际吸收太阳能并将其转换为电能或化学燃料的材料层。

我们开发的该技术是非常重要的，因为该技术可以应用到许多其他太阳能电池材料中，例如碲化镉，铜铟镓硒和有机材料。Cao博士补充到。

新技术很大程度上依赖于传统的制造工艺，但是生产出来的是完全不同的产品。第一步是使用标准的印刷技术在基板上印上一种图案，该图案描述了由透明介电材料制成的结构，尺寸在200-300nm之间。然后研究人员在基板和纳米结构上镀上一层活性材料（比如非晶硅）的极薄层。然后活性层上再覆盖另外一层介电材料层。

在活性层下面使用介电纳米结构制造薄膜电池，并且突起的表面等间隔地分布在薄膜上，像中世纪城堡顶部的锯状口相同。

该技术的一个关键方面是纳米三明治的设计，在两个介电层之间夹着一层活性材料层。纳米结构可以扮演高效的光学天线角色，可以将太阳能集中到活性层当中。这意味着我们可以使用更薄的活性层而不要牺牲他的性能。在传统的薄膜电池设计中，使用更薄的活性层会损害太阳能电池的效率。

论文DielectricCore-shellOpticalAntennasforStrongSolarAbsorptionEnhancement已发表在NanoLetters上。该论文第一作者是YilingYu，是北卡州立大学的博士生导师。其他作者包括加州大学伯克利分校的VivianFerry和PaulAlivisatos博士。该研究项目部分由美国能源部资助。