利用飛秒激光在硅表面形成波紋結(jié)構(gòu) 提高太陽能電池的效率

    鋰電世界  掃描電子顯微圖顯示，利用飛秒激光束，可以在硅表面形成一種波紋結(jié)構(gòu)。這種表面結(jié)構(gòu)比未經(jīng)處理的表面能吸收更多的光，從而提高太陽能電池的效率。
　　
    A*STAR的科學(xué)家通過在硅表面掃描飛秒電子激光束，在硅表面的廣泛區(qū)域形成了均勻的納米級(jí)波紋結(jié)構(gòu)。鑒于波紋狀表面比平滑表面的反射能力要小得多，這一創(chuàng)新可以使太陽能電池獲取更多的光，從而提高太陽能電池效率。
　　
    目前，使用激光打造間歇性表面結(jié)構(gòu)是研究的重點(diǎn)。激光加工有其重要的優(yōu)勢(shì)：它只加熱材料表面，而不影響底層結(jié)構(gòu)。然而，許多激光加工方法有其自身的限制：它們加工的面積很小，加工出來的波紋很淺。
　　
    如今，XincaiWang和他A*STAR新加坡制造技術(shù)研究院和南洋理工大學(xué)的同事成功解決了這些限制，展示了他們的技術(shù)所具有的潛力：在硅襯底上，他們用該技術(shù)在30毫米×30毫米的廣闊區(qū)域內(nèi)打造出了均勻的波紋結(jié)構(gòu)，且波紋的平均深度為300納米—是其他技術(shù)形成波紋深度的三倍。
　　
    “這種深度的增加能夠有效降低波紋結(jié)構(gòu)的光反射程度，提高波紋結(jié)構(gòu)的光捕獲能力，”Wang說，“所以，將這種結(jié)構(gòu)用于光伏設(shè)備，就能捕獲更多的光，從而提高設(shè)備的效率”。
　　
    該項(xiàng)技術(shù)簡(jiǎn)單且價(jià)格低廉，僅僅利用柱面透鏡將飛秒激光束的寬度擴(kuò)大到50微米，然后將其掃描到表面上即可。
　　
    當(dāng)激光的光子能量大于硅的帶隙，光子會(huì)激發(fā)電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶。之后這些電子會(huì)進(jìn)行能量釋放，將能量轉(zhuǎn)移到原子晶格中，從而將其加熱。然而，由于脈沖持續(xù)時(shí)間極短，他們會(huì)相反地在表面生成電子波。而這又會(huì)產(chǎn)生一個(gè)干擾入射激光束的光波。在傳入的光波和傳出的光波相互干擾的地方，一部分硅會(huì)被去除掉，從而形成了波紋結(jié)構(gòu)中的凹形區(qū)域。
　　
    研究人員發(fā)現(xiàn)，形成波紋結(jié)構(gòu)后，硅表面的平均反射率從39.7%降到了12.5%，這意味著，由于波紋結(jié)構(gòu)的強(qiáng)烈散射，硅表面的光吸收率提高了41%。這一效應(yīng)可以被用于管理太陽能電池和發(fā)光二極管中光子的“行為”。