薄膜太阳能电池转换效率获得提高

据美国物理学家组织网近日报道，新加坡科学家日前发现，改变薄膜太阳能电池内硅的微观结构，可增强其捕获光线的能力，显著提高其光电转化效率。相关论文发表在《IEEE电子器件快报》杂志上。

能源危机是当今世界面对的一大重要挑战，高需求和低供给在不断推高原油及其制成品的价格。硅基太阳能电池是生产清洁能源和可再生能源最有前途的技术之一。有数据称，太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤，只需将其中一小部分转化为电能，就能解决目前人类社会对化石能源的依赖。但太阳能电池尤其是薄膜太阳能电池较低的转化效率一直困扰着这项技术的发展和普及。

新加坡A*STAR研究院微电子所的帕特里克罗和他的同事发现，采用改变薄膜太阳能电池内硅的微观结构的方式，可显著提高其转化效率。

研究人员称，普通的硅薄膜太阳能电池存在着一个固有的问题：它们无法吸收那些波长比其薄膜厚度更大的光子。例如，一个标准的800纳米厚的薄膜虽然能捕捉到波长较短的蓝光，但也会完全错过波长较长的红光。因此，为了保持材料低成本的同时提高转化效率，就必须想办法捕捉到更多的光子，其中也包括那些中等波长的光线。

为达到这一目的，研究人员在薄膜太阳能电池中硅的表面蚀刻出很多纳米尺寸的硅柱。罗解释说，这些硅纳米柱就像森林中的树木，一旦光线进入后就无法轻易“脱身”。当光线射入硅柱组成的“森林”后，光线就会在“森林”的底部以及“树木”间不断进行反射，每一次反射都会新增吸收光子的机会。

罗和他的同事用电脑对此进行了模拟，以确定这种薄膜太阳能电池的性能和其最佳外形。经研究他们发现，每个纳米支柱的上半部分还可通过添加掺杂剂的方式制成电极。目前，罗和他的同事正在通过这一思路进行这种薄膜太阳能电池原型的制造工作。