編者按:雖然離硅晶太陽能電池的轉(zhuǎn)換率紀錄還有差距,不過研究團隊認為,黑硅在實際應(yīng)用時,由于更能利用傍晚傾斜的陽光,因此整天下來的發(fā)電表現(xiàn)會更好。
太陽能電池要提升效率,最好能一直正對陽光的來向,但要做到這點,就得安裝追著太陽跑的定日裝置,所費不貲又會增加系統(tǒng)復(fù)雜性,于是材料科學家想到另一個辦法,就是開發(fā)出表面奈米結(jié)構(gòu)有如劍山一般的特殊硅材料,這樣一來不管陽光從哪個角度來都能吸收,這種材料也因此看起來特別黑,稱之為“黑硅”(Black silicon)。
黑硅聽起來是個好主意,不僅解決角度問題,還能省下抗反射涂層的成本,但是實際開發(fā)卻沒有當初預(yù)想到的好效果,主要原因是光子在硅晶太陽能電池結(jié)構(gòu)中打出電子與電洞以后,有一定的機率電子會結(jié)合回去而沒有產(chǎn)生電力,此現(xiàn)象稱之為光生載流子復(fù)合(carrier recombination),而這個現(xiàn)象的發(fā)生率與硅晶的表面積成正比,可以想見,由于黑硅的劍山結(jié)構(gòu)表面積超大,其載流子復(fù)合損失率高得離譜,過去實驗結(jié)果損失高達5 成,使得黑硅的轉(zhuǎn)換效率反而低于一般太陽能電池。
為了減少這樣的無謂損失,芬蘭阿爾讬大學的研究團隊,想到在黑硅的表面上增加一層鋁薄膜,以抑制光生載流子復(fù)合的現(xiàn)象,將原本5 成的損失率降至只有4%,此外也整合所有金屬接點于太陽能電池背面,以增加受光面積,在測試中,這個新結(jié)構(gòu)提升了黑硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率將近4%,達22.1%,創(chuàng)下黑硅太陽能電池的紀錄。
雖然離硅晶太陽能電池的轉(zhuǎn)換率紀錄還有差距,不過研究團隊認為,黑硅在實際應(yīng)用時,由于更能利用傍晚傾斜的陽光,因此整天下來的發(fā)電表現(xiàn)會更好,另一方面,研究團隊也認為目前的表現(xiàn)并非黑硅的最高潛力,未來找出更佳的結(jié)構(gòu)方式與材料組合,還能再進一步提升轉(zhuǎn)換率。
阿爾讬大學的新發(fā)現(xiàn),讓黑硅概念咸魚翻身,也提醒了人類,太陽能電池在技術(shù)上還有許多待進一步探勘的領(lǐng)域。
原標題:芬蘭黑硅太陽能電池獲突破,轉(zhuǎn)換率升至22.1%