“光陷阱”使太陽能電池效率提升175%

不久前，美國普林斯頓大學的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種可將有機太陽能電池效率提高近兩倍的新方法，這種廉價的柔性塑料裝置或將成為太陽能發(fā)電的未來。普林斯頓大學機電工程系納米結構實驗室下屬的研究團隊，通過使用納米結構的金屬和塑料“三明治”來收集和誘捕光線，將有機太陽能電池效率提升了175%。

當前，導致太陽能電池損失能量的兩個主要問題是電池的光反射及無法充分捕捉進入電池的光線，普林斯頓大學研究團隊的金屬“三明治”新結構——次波長等離子腔可同時解決這兩個問題，其具有抑制反射和捕獲光線的非凡能力。

新電池的頂層（即窗口層）使用極精細金屬網(wǎng)，金屬厚度為30納米，網(wǎng)孔直徑為175納米，間隔為25納米。該金屬網(wǎng)取代了以往由銦錫氧化物（ITO）材料制成的窗口層。該網(wǎng)格狀窗口層與“三明治”結構的底層非常接近，底層使用的是與傳統(tǒng)太陽能電池中相同的金屬膜。兩個金屬板之間夾雜著太陽能電池板中使用的半導體材料薄帶。其可以是硅、塑料或砷化鎵中的任一種。

太陽能電池的網(wǎng)孔間隔，“三明治”結構厚度乃至網(wǎng)孔直徑，都要小于所收集的光的波長，使用這些次波長結構，能夠創(chuàng)建出一個幾乎“有來無回”的光陷阱。　此項新技術使研究團隊最終創(chuàng)造出一個僅反射4%光線，即光吸收率高達96%的太陽能電池。在陽光直射情況下，其光電轉換效率要比常規(guī)太陽能電池高出52%；在陰天或電池不直接面向太陽，光線以更大角度入射到太陽能板時，該結構可獲得更高的效率。通過捕捉斜射光線，新結構可額外提升81%的效率，從而使最終的效率增長達到了175%。