微米和纳米科技材料

俄罗斯物理学家利用纳米技术制造太阳能电池

最近俄罗斯圣彼得堡国家信息技术及机械光学研究大学物理学家创造了一种由玻璃纳米球制成的太阳能电池的特殊涂层,其形状类似于水滴,可将电池效率提高20%,该项研究已在“Optica”杂志发表。

俄罗斯物理学家利用纳米技术制造太阳能电池

米哈伊尔·奥米利阳维奇教授说:“三年前,我们试图用微球覆盖电池表面,他们大大提高了吸收率,但可惜的是其反射率也增加了,因此我们决定去掉球体的上半部分,制作一种能将光线聚焦到电池中的聚焦镜头。为了做到这一点,我们找到了一个更优的解决方案, 结果最终的结构超出了我们的理论计算的预期”。

硅太阳能电池和许多其他类似的半导体材料具有比较低的效率,它们只能将一小部分太阳光(约为7%-15%)转化成电能。再加上这种发电成本较高,成为制约其广泛应用的主要因素。近年来,物理学家通过创造更高效的半导体材料和方法,如钙钛矿和各种涂层,帮助光电池吸收约三分之一或几乎一半的太阳光线能量,努力消除这些问题。例如,一年前,科学家通过“复制”蝴蝶翅膀类型的纳米颗粒涂层,能够将太阳能电池的效率提高近一倍。

由奥米利阳维奇教授领导的一群俄罗斯和外国物理学家找到了另一种提高太阳能电池功率和效率的方法,研究了各种纳米颗粒和微结构涂层的非晶硅(一种半导体的非结晶性品种)太阳能电池。与由晶体硅或钙钛矿制成的太阳能电池不同,基于非晶硅的光电池具有相当低的效率 – 不超过7%,但是它们可以在包括玻璃在内的任何表面上制成非常薄的和几乎透明的涂层。由于这个原因,它一直被认为是大多数“家庭”太阳能电池板的主要候选材料,但近年来它已被更有效的,尽管对于人体健康和生态环境更危险的金属,硒和碲半导体化合物所取代。

经过几次挫折之后,奥米利阳维奇教授领导的团队决定改变光电池上部电极的结构,在其中嵌入大量的微玻璃球体,正如科学家所预料的那样,这些球体能够“抓住”光线并将其保存在电池内部很长一段时长。第一次小小的进步让物理学家感到很高兴,之后他们又开发出了最佳的纳米结构 – 一个泪珠状的镜片,其尺寸不到一微米。奥米利阳维奇教授和他的同事们通过特殊的工艺控制原子层的厚度,将这种结构应用于由铝和氧化锌制成的电极上,最终使太阳能电池的效率提高了20%。

正如科学家所指出的那样,这种具有嵌入玻璃微结构的电极不仅可以用于制造非晶硅基太阳能电池薄膜,还可以应用于其他材料的太阳能电池。物理学家认为,这种“原子级”的密封已经在许多行业中被使用,其实施不需要太多时长和经费,他们希望能够将该项技术更快的进行实际应用。

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