新材料提高有机太阳能能电池效率近两倍

美国普林斯顿大学的研究人员发现了一种可将有机太阳能电池效率提高近两倍的新方法。科学家们认为，这种廉价的柔性塑料装置或将成为太阳能发电的未来。该研究成果将刊登在近期《光学快报》网络版上。由普林斯顿大学机电工程系纳米结构实验室主任周郁（音译）教授领导的研究团队，通过使用纳米结构的金属和塑料三明治来收集和诱捕光线，将有机太阳能电池效率提升了175%。周教授表示，这项技术也应能提高传统的无机太阳能集热器，如标准的硅太阳能电池板的效率。

导致太阳能电池损失能量的两个重要问题是：电池的光反射及无法充分捕捉进入电池的光线。研究团队的金属三明治新结构次波长等离子腔可同时解决这两个问题，其具有抑制反射和捕获光线的非凡能力。

新电池的顶层（即窗口层）使用极精细金属网，金属厚度为30纳米，网孔直径为175纳米，间隔为25纳米。该金属网取代了以往由铟锡氧化物（ITO）材料制成的窗口层。

该网格状窗口层与三明治结构的底层非常接近，底层使用的是与传统太阳能电池中相同的金属膜。两个金属板之间夹杂着太阳能电池板中使用的半导体材料薄带。其可以是硅、塑料或砷化镓中的任一种。周郁研究团队使用的是85纳米厚的塑料。

太阳能电池的网孔间隔，三明治结构厚度乃至网孔直径，都要小于所收集的光的波长。研究团队发现，使用这些次波长结构，使他们能够创建出一个几乎有来无回的光陷阱。

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-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%

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此项新技术使研究团队最终创造出一个仅反射4%光线，即光吸收率高达96%的太阳能电池。在阳光直射情况下，其光电转换效率要比常规太阳能电池高出52%；在阴天或电池不直接面向太阳，光线以更大角度入射到太阳能板时，该结构可获得更高的效率。通过捕捉斜射光线，新结构可额外提升81%的效率，从而使最终的效率上升达到了175%。

该项研究得到了美国高级研究计划局、海军研究办公室和美国国家科学基金会的资助。