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65%!薄膜硅光伏電池光吸收率創(chuàng)新紀(jì)錄,接近70%理論極限

荷蘭和英國(guó)科學(xué)家借助一種納米紋理結(jié)構(gòu),使薄膜硅光伏電池變得不透明并因此增強(qiáng)了其吸收太陽光的效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采用新方法設(shè)計(jì)出來的薄膜電池能吸收65%的陽光,是迄今薄硅膜表現(xiàn)出的最高光吸收率,接近約70%的理論吸收極限,有望催生柔性、輕質(zhì)且高效的硅光伏電池。研究發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)·光子學(xué)》雜志上。

薄膜硅能吸收65%的陽光。圖片來源:物理學(xué)家組織網(wǎng)/AMOLF

硅太陽能電池效率高,且原材料為地球上儲(chǔ)量豐富的硅,被認(rèn)為是高效的光伏技術(shù)。但它們需要用到厚、硬、重的晶圓,因此用武之地有限。使用薄膜能將硅的使用量降低99%,并使電池更輕且堅(jiān)固耐用,很容易地集成到城市建筑物甚至小型日常設(shè)備內(nèi)。但薄硅膜只能吸收25%的太陽光。鑒于此,荷蘭原子分子國(guó)立研究所(AMOLF)、英國(guó)薩里大學(xué)和帝國(guó)理工學(xué)院的研究人員對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)。

研究人員解釋說,他們利用新方法設(shè)計(jì)出的納米結(jié)構(gòu)表面有一種超均勻分布圖案,可將直射太陽光限定于一個(gè)角度范圍內(nèi),從而將更多光捕獲在硅膜內(nèi)。被捕獲的光越多,被吸收的幾率也越大。研究顯示,超均勻分布圖案能更好地限定太陽光的入射角度,使更多太陽光被吸收。

此外,將太陽光捕獲到薄硅內(nèi)面臨兩大關(guān)鍵挑戰(zhàn):太陽光包含多種顏色,而硅膜的尺寸有限,且硅對(duì)每種顏色光的吸收能力不一樣。研究發(fā)現(xiàn),表面鍍有金字塔形狀且圖案尺寸與光的波長(zhǎng)類似的厚硅太陽能電池能解決這一問題。

最新研究負(fù)責(zé)人、AMOLF的埃絲特·阿拉肯·拉多說:“我們估計(jì)1微米厚的碳—硅電池的光電轉(zhuǎn)化效率可達(dá)到20%以上,這是柔性輕質(zhì)碳—硅光伏電池的重大突破。研究還發(fā)現(xiàn),高效薄硅電池可由低品質(zhì)的硅制成,如此可降低凈化原硅的能源需求,并縮短能源回收時(shí)間。”

研究人員指出,盡管這種高效薄膜電池距離應(yīng)用還有一段距離,但超均勻圖案薄膜光伏電池極具潛力。

關(guān)鍵詞: 研究人員 硅太陽能電池 均勻分布 用武之地 轉(zhuǎn)化效率

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