納米吸光器降低太陽能電池成本并提高其光電轉化效率

    鋰電世界  據物理學家組織網近日報道，美國科學家制造出了迄今最薄的有效可見光吸光器，這種納米結構的厚度僅為普通紙的千分之一，最新設備有望降低太陽能電池的成本并提高其光電轉化效率。研究發表在最新一期的《納米快報》雜志上。

    參與該研究的斯坦福大學化學工程學教授斯泰西·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是，在減少太陽能電池厚度的同時不損失其吸收太陽光并將之轉化為清潔能源的能力。最新設備做到了這一點--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，科學家們制造出了一些纖薄的圓片，其上布滿了5200億個約14納米高、17納米寬的圓形的金納米點。

    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，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周圍涂層的厚度來調諧系統，這也是最新研究的一個亮點。

    隨后，赫格和同事讓這些經過調諧的金納米點吸收波長為600納米的橘紅色光。赫格解釋道：“金屬粒子有一個共振頻率，可對其調諧讓其吸收特定波長的光，我們對新系統的光學屬性進行了調諧以便讓其吸光率達到最大。”

    最終得到的結果創造了新紀錄。赫格說：“這種有涂層的圓盤對橘紅色光的吸收率高達99%；金納米點本身對光的吸收率也高達93%。每個點的體積約等于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。”

    本特補充道，他們的下一個目標是，希望通過實驗證明這一技術能用于實際的太陽能電池中，最終目標是使用最少量的材料來吸收最多的太陽光，研發出性能更好的太陽能電池和太陽能燃料設備。

    另外，他們也在考慮用其他比金便宜的金屬制造納米點陣列。赫格表示：“選擇金是因為其在實驗中的化學性能更加穩定。盡管金的成本實際上可以忽略，但銀也不失為一個好選擇，因為銀更便宜，而且光學表現也更好。”