納米吸光器降低太陽能電池成本并提高其光電轉(zhuǎn)化效率

    鋰電世界  據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報(bào)道，美國科學(xué)家制造出了迄今最薄的有效可見光吸光器，這種納米結(jié)構(gòu)的厚度僅為普通紙的千分之一，最新設(shè)備有望降低太陽能電池的成本并提高其光電轉(zhuǎn)化效率。研究發(fā)表在最新一期的《納米快報(bào)》雜志上。

    參與該研究的斯坦福大學(xué)化學(xué)工程學(xué)教授斯泰西·本特說：“太陽能電池越薄，需要的材料越少，成本也就越低。我們目前面臨的挑戰(zhàn)是，在減少太陽能電池厚度的同時(shí)不損失其吸收太陽光并將之轉(zhuǎn)化為清潔能源的能力。最新設(shè)備做到了這一點(diǎn)--非常纖薄的一層材料就幾乎可將特定波長的入射光全部吸收。”

    理想的太陽能電池應(yīng)該能將可見光光譜上的所有光收納其中--從波長400納米的紫色光波到波長700納米的紅色光波以及不可見的紅外線和紫外線。在最新研究中，科學(xué)家們制造出了一些纖薄的圓片，其上布滿了5200億個(gè)約14納米高、17納米寬的圓形的金納米點(diǎn)。

    該研究的主要作者、博士后研究員卡爾·赫格和同事使用原子層沉積過程，在圓盤上添加了一層薄膜涂層，利用這一技術(shù)，他們能整齊劃一地包裹粒子并將薄膜厚度控制到原子級，由此可以僅僅通過改變納米點(diǎn)周圍涂層的厚度來調(diào)諧系統(tǒng)，這也是最新研究的一個(gè)亮點(diǎn)。

    隨后，赫格和同事讓這些經(jīng)過調(diào)諧的金納米點(diǎn)吸收波長為600納米的橘紅色光。赫格解釋道：“金屬粒子有一個(gè)共振頻率，可對其調(diào)諧讓其吸收特定波長的光，我們對新系統(tǒng)的光學(xué)屬性進(jìn)行了調(diào)諧以便讓其吸光率達(dá)到最大。”

    最終得到的結(jié)果創(chuàng)造了新紀(jì)錄。赫格說：“這種有涂層的圓盤對橘紅色光的吸收率高達(dá)99%；金納米點(diǎn)本身對光的吸收率也高達(dá)93%。每個(gè)點(diǎn)的體積約等于1.6納米厚的一層金的體積，這就使它成為迄今最纖薄的可見光吸收設(shè)備，其厚度僅為目前商用薄膜太陽能電池吸光器的千分之一。”

    本特補(bǔ)充道，他們的下一個(gè)目標(biāo)是，希望通過實(shí)驗(yàn)證明這一技術(shù)能用于實(shí)際的太陽能電池中，最終目標(biāo)是使用最少量的材料來吸收最多的太陽光，研發(fā)出性能更好的太陽能電池和太陽能燃料設(shè)備。

    另外，他們也在考慮用其他比金便宜的金屬制造納米點(diǎn)陣列。赫格表示：“選擇金是因?yàn)槠湓趯?shí)驗(yàn)中的化學(xué)性能更加穩(wěn)定。盡管金的成本實(shí)際上可以忽略，但銀也不失為一個(gè)好選擇，因?yàn)殂y更便宜，而且光學(xué)表現(xiàn)也更好。”