太阳能电池的“厚与薄”

波士顿学院(Boston College)的研究人员在新工作报告中指出由同轴电缆产生的纳米级太阳能电池能提供比以往设计的任何纳米薄膜太阳能电池都高的效率。这种电池解决了“厚与薄”的固有挑战,捕获光线并提取太阳能电流。

大多数薄膜太阳能电池在提高能量转换效率时均受到光学及电子领域的限制。电池首先必须足够厚以便收集足够的光能,然而又需足够薄以便使光激子(exciton)分离成电子-空穴对,从而产生电流。

波士顿学院的物理学家通过基于同轴电缆的纳米级太阳能结构发现一种方法可以解决“厚与薄”的问题,这种无线电技术概念可追溯到19世纪中期铺设的第一条跨大西洋的通讯线路。

该图像显示一列纳米同轴电缆结构的横截面,并经证明足够厚能吸收足够的光,并且足够薄能更高效率地提取电流。

“世界各地的许多课题组均致力于纳米线形太阳能电池的研究,大多数采用了晶体半导体。”合著者Michael Naughton说。他是波士顿学院的物理学教授。“但是,这种纳米同轴电缆结构不需要晶体半导体,因此能确保制备低成本的超薄太阳能吸收器。经过不断优化,效率可能超越常规的平面结构,而只需较少的低成本材料。”

在光学上,所谓的纳米同轴电缆足够厚能捕捉光线,其结构足够薄能更高效地提取电流,研究人员在PSS’s Rapid Research Letters报道。这使得波士顿学院2005年发明并于去年获取专利的纳米同轴电缆成为低成本高效太阳能电池的新平台。

该团队报道,纳米同轴电缆电池采用非晶硅构造,其能量转换效率超过8%,高于目前为止任何纳米结构薄膜太阳能电池的能量转换效率。

根据该团队的研究,这种电池的超薄特征降低了Staebler-Wronski光致降解效果,而这是常规太阳能电池的主要问题。该团队成员包括波士顿学院的物理学教授Krzysztof Kempa、Zhifeng Ren,来自麻省,牛顿县的Solasta Inc.和来自瑞士微工程研究院(Institute of Microengineering) 的合作者和本科生。该研究获得了美国能源部(U.S. Department of Energy)承认的科技孵化部门(Technology Incubator)的部分资助。

M. J. Naughton et al., Phys. Status Solidi RRL 2010; DOI:10.1002/pssr.201004154.