纳米柱提高薄膜太阳能电池效率

硅薄膜上刻出微型纳米柱，就像森林中的树木，光线进入其中，会反弹几次，这就增加了光子吸收机会，



示意图：方案中的硅纳米柱构型的薄膜太阳能电池。来源：电机及电子学工程师联合会（IEEE）

当今世界的一个主要挑战是能源危机。需求高供应低的化石燃料正在抬高油价和食品价格。硅基太阳能电池是最有前途的技术之一，可以产生清洁的可再生能源。使用这些设备，只需转换一小部分阳光，就是每天照在地上的阳光，转化成电能，就可大幅削减社会对化石燃料的依赖。然而，不幸的是，高挡硅晶体需要非常谨慎的制造工艺，带来的结果是高昂的生产成本，这就成了主要障碍，妨碍它走向商业化。

有一种方法可以降低这些太阳能电池的生产成本，就是沉积层状硅，沉积到更便宜的基板上，比如塑料或玻璃基板。但是，这种方法有一个缺点：硅薄膜具有较低的发电转换效率，不如块状硅晶体，因为它们只吸收较少的光线，而且包含更多的缺陷。新加坡科学技术与研究局（A*STAR）微电子研究所的帕特里克•罗（Patrick Lo）和同事们，现在已经发现一种方法，可以提高功率转换效率，把硅薄膜沉积在廉价基质上。

低挡硅薄膜有一个内在的问题：它们无法吸收的光子，波长大于薄膜厚度。例如，标准的800纳米厚的薄膜，可捕捉短波长的蓝光，但会完全漏掉波长较长的红光。“为了降低材料成本，提高光效，诀窍就是捕捉更多的光子，包括那些中等波长的光子，”帕特里克•罗说。

有一种方法可以捕获更多的光子，就是在硅薄膜上刻出微型硅柱，这些硅柱有几百纳米大小，就在硅片表面（见图片）。帕特里克•罗解释说，硅纳米柱就像森林中的树木，光线进入其中，就不容易出来。“光照在表面，会反弹几次，沿着或进入这些柱子，之后才穿透底部的平坦表面，”他说。“每一次弹跳运动，都会增加光子吸收机会。”

帕特里克•罗和同事们使用电脑模拟，确定最佳配置，引导电荷流出充满缺陷的硅薄膜。他们发现，每个柱子的上半部分都可以做得极其导电，只需引入大量掺杂剂。帕特里克•罗和同事们现在正在使用这些实用的指导，设计一种样机，根据就是这种独特的概念。“使用纳米结构是一种很好的方式，可以开辟道路，克服传统物理学设置的局限，”他说。

更多信息：http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?arnumber=5419081