纳米结构提高太阳能电池效率

在太阳能电池表面玻璃上，沉积一层透明导电氧化物纳米晶体，形成高散射效应，使光束产生更多的电子，可增强光的吸收。




把透明导电氧化物纳米晶体层沉积到太阳能电池表面，可形成高散射效应，使光束产生更多的电子，来源： 佛劳恩霍夫研究所

为了使太阳能电池成为一种有竞争力的替代技术，替代其他可再生能源，研究人员正在研究不同的替代选择。在步骤上，正确的方向是采用新工艺，改变硅太阳能电池的表面。通过创造不同的表面纳米结构，太阳能电池的能量收集性能就可以得到改善。

欧盟资助的研究项目“纳米到生产”项目（N2P：Nano To Production）的研究人员就在研究纳米结构表面，用于太阳能电池。同时，在德国德累斯顿（Dresden）佛劳恩霍夫研究所（Fraunhofer Institute），研究人员在集中开发大气压等离子体化学蚀刻（AP-PCE：atmospheric pressure plasma chemical etching）工艺。这项技术可以替代湿化学处理方法（wet chemical processing approach），用于太阳能产业。优势在于，大气压等离子体化学蚀刻胜过蚀刻技术依赖的湿化学处理，例如，可以减少化学废料，成本有效，而且减少了操作。大气压等离子体化学蚀刻用于改进晶硅太阳能硅片表面，可精密到纳米尺度。研究人员已经提高了1%的太阳能电池效率，就是从16%提高到17%，因为他们使背面非常光滑。

纳米到生产项目的科学家们，在瑞士纳沙泰尔（Neuchatel）洛桑联邦理工学院（EPFL：Ecole Polytechnique Federale de Lausanne），却正在努力改进不同的太阳能电池，就是薄膜硅太阳能电池。目前，这些太阳能电池只能利用大约7%的阳光，低了40%左右的效率，这是对比传统硅晶片电池而言。但是，这种薄膜太阳能电池更便宜，更环保，因为它们的生产需要较少的时间、材料和能源。瑞士研究人员正在改变太阳能电池的顶部玻璃结构，他们沉积一层纳米尺寸的晶体，就是透明导电氧化物（TCO：transparent conductive oxide），就沉积到玻璃上。这一层提供了高散射效应，光束会产生更多的电子，因为会经过较长距离穿过电池，这就增强了光的吸收。研究人员已经成功实现了30%的增效，这是对比标准薄膜太阳能电池而言。

另一种工艺也可以提高薄膜硅太阳能电池的效率，就是改变表面结构，引入超快脉冲激光辐照（ultrafast pulsed laser irradiation）。新加坡制造技术研究所（Singapore Institute of Manufacturing Technology）的研究人员表明，这种辐照形成一种纳米尖峰模式（nanospike pattern），在硅表面减少反射光。这样，更多的光线就会被吸收。

新工艺创造了纳米结构的表面，大大提高了太阳能电池的效率。因为降低了制造成本，未来太阳能电池的投资兴趣会显著增加。

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